Aqua ça rime l'aquaporine ?

• Introduction

Tout d’abord, il est à noter que nous nous intéresserons aux aquaporines chez l'Homme, ce qui concerne seulement 13 aquaporines sur les 500 découvertes dans le règne animal et végétal. 
La membrane plasmique est imperméable au passage de la plupart des molécules hydrosolubles (protéines, hormones, ions), l’eau ne peut donc pas passer à travers cette membrane. Il n’existe pas de pompe pour faire circuler les molécules d’eau. Le passage de la membrane plasmique par les molécules d'eau se fait donc à travers les aquaporines.

Les aquaporines forment une classe de protéines membranaires dont le rôle est d'agir comme un pore sélectif pour l'échange de l'eau à travers les membranes (à la fois la membrane plasmique et les membranes qui entourent les organites cellulaires ). Elles permettent le passage de l'eau de part et d'autre de la membrane, tout en empêchant les ions de pénétrer dans la cellule.  

La molécule d'eau doit s'orienter pour passer du milieu extra- au milieu intra-cellulaire (voir la rubrique "mécanisme de l'aquaporine"). 
La vitesse de passage est extrêmement rapide et peut atteindre 3 milliards de molécules par seconde.

•  Comment ont-elles été découvertes?

Un problème de compréhension : Aucune explication ne permettait de comprendre l'importance des échanges et des flux au niveau cellulaire et au niveau des organes et organismes (l'exemple du rein, capable de traiter l'équivalent de plusieurs dizaines de litres d'eau par jour). 

Une découverte : Peter Agre, un biologiste américain, a découvert la première aquaporine (aquaporine 1) sur un xénope (crapaud d'Afrique australe) en 1992. 
En 1988, Peter Agre et son équipe buttaient sur une étrange protéine logée dans la membrane des globules rouges. Suite à quelques années d’études approfondies, ils mettent en évidence que cette protéine forme en réalité une sorte de pore permettant à l’eau d’entrer et de sortir rapidement des globules rouges. Le premier canal à eau (ou canal hydrique) est enfin identifié.

Une récompense : En découvrant ces protéines Peter Agre a reçu le prix Nobel de chimie en 2003. Vous trouverez via ce lien son autobiographie.

• Quelle est leur composition?

Figure 1 : Schéma réprésentant l'aquaporine 2 dans la membrane plasmique

Les aquaporines sont composées de 4 monomères capables de transporter les molécules d'H₂O individuellement. On pourrait les comparer à un sablier qui ferait passer une à une les molécules. Ce sont des protéines de 25 à 35 kD (kilo Dalton), composées de 271 acides aminés. Elles sont constituées de 6 hélices alpha. On les trouve dans la membrane cellulaire apicale (bicouche phospholipidique) ou dans la membrane cytoplasmique des vésicules. 

Ces 6 hélices sont reliées par des boucles composées d'acides aminés, dont 3 spécifiquement importants se trouvant au milieu des boucles B et E et formant le motif NPA (N pour asparagine, P pour proline et A pour alanine). (voir Figures 1 et 2)

Ces 2 boucles interagissent pour former une septième hélice qui crée un rétrécissement de 3 Angströms de diamètre dans le canal, formant le pore, d'où la comparaison faite entre l'aquaporine et un sablier.

Figure 2 : Orange = signature motifs NPA

Figure 3 : La molécule d'H2O peut passer seulement dans le canal hydrique

• Quelques aquaporines

Protéine	Localisation principale	Maladie engendrée si mutation	Uniprot
AQP0	Œil	Cataracte	P30301
AQP1	Erythrocytes, rein, œil, cerveau (plexus choroïde), cœur, poumon, etc	Alzheimer	P29972
AQP2	Rein (tube collecteur)	Diabète insipide	P41181
AQP3	Rein, appareil gastro-intestinal, poumon, vessie		Q92482
AQP4	Cerveau, œil, rein, poumon, intestin	Œdème cérébral	P55087
AQP5	Glandes lacrimales et salivaires	Cataracte	P55064