iii-3 : l`epithelium pigmentaire : quelques aspects - Lodel

Œil et Physiologie de la Vision – III-3
III-3 : L’EPITHELIUM PIGMENTAIRE : QUELQUES
ASPECTS FONCTIONNELS
Florence Rigaudière
Pour citer ce document
Florence Rigaudière, «III-3 : L’EPITHELIUM PIGMENTAIRE : QUELQUES ASPECTS
FONCTIONNELS», Oeil et physiologie de la vision [En ligne], III-La physiologie rétinienne,
mis à jour le 18/06/2013, URL :
http://lodel.irevues.inist.fr/oeiletphysiologiedelavision/index.php?id=220,
doi:10.4267/oeiletphysiologiedelavision.220
Plan
Première partie : Caractéristiques et rôles
Situation
Contiguïté avec la neurorétine
Matrice interphotorécepteurs
Canaux et transporteurs
Membrane apicale
Membrane basale
Rôles de l'épithélium pigmentaire
Phagocytose de l’article externe des photorécepteurs
Renouvellement de la rhodopsine
Protection de la neurorétine
Transport transépithélial
Différence de potentiel transépithéliale : PTE
Deuxième partie : bases physiologiques de l’EOG
Evaluation de la PTE
Au début d’un éclairement…
Au cours d’un éclairement…
Durant une quinzaine de minutes
Durant plusieurs heures
Alternance éclairement-obscurité
Retour à l’obscurité
Lien avec l’EOG
Hypothèses
Mesure indirecte de l’amplitude du dipôle : l'EOG
Superposition entre la variation de PTE et l’EOG ?
Conséquences pour l’exploration visuelle
Conclusion
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Œil et Physiologie de la Vision – III-3
Texte intégral
Remerciements pour leurs fructueux commentaires : Drs Eliane Delouvrier et Jean-
François Le Gargasson
L’épithélium pigmentaire est une structure complexe dont le bon fonctionnement est
essentiel pour l’intégrité de la neurorétine. Il adhère étroitement à la neurorétine par la
matrice interphotorécepteurs. Ses rôles sont nombreux.
La première partie de ce chapitre en présente certains qui sont majeurs pour le
fonctionnement de la neurorétine comme la phagocytose des articles externes des
photorécepteurs, le renouvellement de la rhodopsine par le cycle visuel ou le transport
transépithélial grâce à un ensemble de canaux ioniques, transporteurs ou co-
transporteurs.
D’autres sont également importants pour le bon fonctionnement de la neurorétine
comme l’absorption des photons n’ayant pas interagi avec les photopigments, la
sécrétion de facteurs de croissance ou immunosuppresseurs qui seront simplement
rappelés.
La deuxième partie de ce chapitre insiste plus particulièrement sur le comportement des
cellules épithéliales comme un ensemble de cellules gliales, sensibles à des différences
ioniques, pouvant engendrer des différences de potentiel de part et d’autre de ses deux
membranes apicale et basale. La mesure de ces différences de potentiel permet une
approche indirecte de ces mouvements ioniques et donc celui du fonctionnement de
l'épithélium pigmentaire.
La lumière participe à ces variations de différences de potentiel. Il est possible d’en
suivre les variations de façon directe chez l’animal et de façon indirecte, chez l’homme,
sous forme d’un électro-oculogramme EOG. L’enregistrement de l’EOG est actuellement
le seul moyen chez l’homme, d’évaluer le fonctionnement de l'épithélium pigmentaire.
Ses résultats en association avec l’imagerie du fond d’œil en autofluorescence apportent
de précieux renseignements sur l’état de l'épithélium pigmentaire.
Première partie : Caractéristiques et rôles
Situation
Contiguïté avec la neurorétine
L'épithélium pigmentaire, pigmenté du fait de la présence dans ses cellules de mélanine
et de lipofuscine, sépare la neurorétine de la choroïde
Il est formé d'une seule couche de cellules reliées entre elles par des jonctions serrées. Elles reposent sur la
membrane de Bruch dans leurs parties basales et entrent en contiguïté avec les photorécepteurs dans leurs
parties apicales.
Son pôle apical présente de nombreuses villosités et son pôle basal de nombreux replis près desquels se situent
la majorité des cellules mitochondriales (figure III-1-19).
Il est lié à la neurorétine par l’intermédiaire de la matrice interphotorécepteurs.
Ses membranes apicale et basale sont le siège de nombreux canaux membranaires,
transporteurs ou récepteurs couplés à une protéine G assurant l’ensemble des échanges
ioniques ou aqueux à l’origine de leurs propriétés.
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Œil et Physiologie de la Vision – III-3
Matrice interphotorécepteurs
[Hageman GS, Johnson LV, 2006]. C’est l’interface entre la neurorétine et l'épithélium
pigmentaire qui remplit l’espace sous rétinien.
Sa composition –glycoprotéines à 98% et glycoaminoglycanes à 2%- est de répartition variable selon que l’on
considère sa partie apicale ou basale et le type de photorécepteurs environnants (cônes ou bâtonnets).
La glycoprotéine la plus abondante est l’IRBP (Interstitial retinol Binding Protein : figure III-2-11 et figure III-2-
12). Elle semble essentiellement secrétée par les bâtonnets. D’autres composants de cette matrice
proviendraient de la circulation sanguine et seraient transportés dans l’espace sous rétinien à travers
l'épithélium pigmentaire.
Quelques pathologies liées à des anomalies de la matrice interphotorécepteurs ont été mises en évidence chez
l’animal, sans pouvoir vraiment faire la part entre déficiences initiales ou secondaires des photorécepteurs, de
l'épithélium pigmentaire ou de la matrice interphotorécepteurs.
Canaux et transporteurs
L'épithélium pigmentaire est le siège de flux ioniques à travers ses membranes apicale et
basale. Ces mouvements peuvent être suivis par l’évolution au cours du temps de l’ERG
et de l’EOG, permettant ainsi une approche de son fonctionnement [Joseph, Miller,
1992], [Rymer et al., 2001], [Strauss, 2006].
Seuls sont présentés ici les éléments principaux trouvés chez l’animal [Hughes, Takahira,
1996] et retrouvés chez l’homme [Wimmers et al., 2007] apportant quelques éléments
pour la compréhension de la genèse de l’EOG enregistré en pratique clinique.
Les mouvements ioniques de part et d’autre des membranes apicale et basale se font à
travers des canaux transmembranaires qui leur sont spécifiques, couplés à des
mécanismes actifs : pompes ou co-transporteurs (figure III-3-1 à III-3-11).
Membrane apicale
La membrane apicale est en rapport avec l’espace sous rétinien. Elle possède de
nombreux canaux ioniques, transporteurs et co-transporteurs.
Canaux ioniques potassium
Les principaux canaux ioniques de la membrane apicale sont les canaux potassium qui
permettent la sortie d’ions potassium de la cellule épithéliale vers l’espace sous rétinien.
Ils sont de plusieurs types.
Certains dépendent du gradient de concentration ionique entre l’espace sous rétinien et
la cellule (Kir7.1 et Kir4.1), d’autres des différences de potentiel de part et d’autre de la
membrane apicale (canaux voltage-dépendant dit Kv1.3), d’autres encore sont contrôlés
par le second messager intracellulaire libéré lors de l’éclairement de la rétine (Inositol
1,4,5-triphosphate : InsP3) dit M-channel ou Kv7 (figure III-3-1).
Transporteurs – Co-transporteurs
Pompes Na+/K+
Les canaux ioniques potassium fonctionnent en association avec une pompe ATP
dépendante pour le transport actif sodium/potassium avec la sortie de 3 ions sodium
couplée à l’entrée de 2 ions potassium ; la densité de ces pompes varie avec
l’excentricité rétinienne [Burke, McKay, 1993] (figure III-3-2).
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Co-transporteurs Na+/ K+/2Cl-
Ils couplent l’entrée d’un ion sodium et d’un ion potassium et de 2 ions chlore (figure III-
3-3).
Co-transporteurs Na+/HCO3-
Ils associent l’entrée d’un ion sodium et de 2 ions bicarbonate HCO3- (figure III-3-4).
Co-transporteurs Na+/ H+
Ils permettent l’entrée d’un ion sodium contre la sortie d’un ion H+, l’ensemble
participant au contrôle du pH cellulaire (figure III-3-5).
Co-transporteurs Na+/Ca2+
Ils contrôlent l’entrée d’un ion sodium et la sortie d’un ion calcium pour la régulation du
taux de calcium intracellulaire (figure III-3-6).
Récepteurs couplés à des protéines G
La membrane apicale possède aussi plusieurs types de récepteurs différents couplés à
des protéines G.
L’un est dit « R » ; sa nature reste à préciser. Il est activé par de l’ATP.
Deux autres sont des récepteurs adrénergiques ; l’un, de type alpha1, peut être activé
par la fixation sur son site d’épinéphrine ; l’autre, de type béta, par la fixation
d’isoproterenol. Après la cascade initiée par la protéine G, le premier serait à l’origine de
l’augmentation du taux de calcium intracellulaire et le second d’AMPc [Quinn et al.,
2001]. D’autres ligands ont été évoqués comme la dopamine, la sérotonine [Wimmers, et
al., 2007] (figure III-3-7).
La stimulation de ces récepteurs aboutit à la dépolarisation de la membrane apicale puis
basale par l’intermédiaire du taux de calcium intracellulaire, régulateur de nombreux
canaux ioniques [Quinn, et al., 2001].
Membrane basale
Elle est en rapport avec la choroïde. Elle possède également de nombreux canaux
ioniques potassium et chlore, les plus importants pour son fonctionnement
électrophysiologique au cours d’une stimulation lumineuse étant les canaux chlore.
Canaux potassium
Ils sont de plusieurs types, voltage dépendant (dit Kv1.3) ou calcium dépendant (dit
canaux BK) (figure III-3-8).
Canaux chlore
Plusieurs variétés de canaux chlore sont actuellement identifiés, associés à des
modulateurs et des fonctions différentes. Ils permettent le transport des ions chlore
associé à celui de l’eau pour le contrôle du volume de la cellule épithéliale, la régulation
du pH, mais aussi la variation de différence de potentiel entre les membranes apicale et
basale au cours de l’éclairement de la neurorétine (figure III-3-9).
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Œil et Physiologie de la Vision – III-3
Canaux Ca2+/Cl- : canaux chlore-calcium dépendant
Ils sont voltage-dépendant et sous le contrôle du taux de calcium intracellulaire [Quinn,
et al., 2001], [Wimmers, et al., 2007] ; ils sont également couplés à l’activation d’un
second messager intracellulaire InsP3 (inositol 1,4,5-triphosphate) qui est libéré par la
rétine au cours de l’éclairement [Strauss, 2006]. La conductance de ces canaux chlore
peut alors augmenter, engendrant une dépolarisation transitoire de membrane basale,
superposable au Light Peak de l’EOG [Wu et al., 2007].
Identiques à la Bestrophine ?
Ces canaux ont été considérés comme composés de protéines dénommées
« bestrophine ». Des mutations de ces protéines –donc des anomalies structurelles et
fonctionnelles de ces canaux- semblent responsables de bestrophinopathies dont fait
partie la maladie de Best, avec absence de genèse du Light Peak (LP) à l’EOG.
L’existence de bestrophinopathies avec simple diminution d’amplitude du LP et non pas
absence de sa genèse comme dans la maladie de Best, suggère plutôt que ces canaux
Ca2+/Cl- ne sont pas confondus avec la bestrophine.
La bestrophine serait plutôt un modulateur de la cinétique de ces canaux Ca2+/Cl-,
probablement par son contrôle de la concentration en calcium intracellulaire
[Marmorstein et al., 2006]. En conséquence, une bestrophine déficiente modifierait la
cinétique de ces canaux Ca2+/Cl-, d’où altération de la genèse du LP… [Marmorstein et
al., 2009]. Mais son rôle semble plus large avec contrôle possible de la conductance
d’autres canaux chlore et des échangeurs d’ions bicarbonates [Xiao et al., 2010].
ClC-2 ou canaux chlore de type 2
Ils sont très sensibles aux changements de pH extracellulaire et contribuent à sa
régulation en association avec le co-transporteur chlore-bicarbonate (voir ci-dessous). Le
déficit de leur fonctionnement aboutit à une dégénérescence des photorécepteurs en
relation probable avec la composition anormale du liquide sous rétinien [Wimmers, et al.,
2007].
CFTR -Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator- AMPc
dépendant
Ces transporteurs ont été identifiés à des canaux fonctionnant sous le contrôle de l’AMPc
et permettant le transport d’ions chlore. Ces canaux seraient à l’origine des « Fast
Oscillations » ou oscillations rapides, composants de l’EOG lors d’une stimulation avec
alternance d’éclairement et d’obscurité durant respectivement 60 à 75 s (figure V-2-17).
La déficience de ces canaux chlore CFTR sont à l’origine de la mucoviscidose. Huit
patients atteints de mucoviscidose sévère ont été testés ; l’amplitude de leur Light Peak
est normale, avec absence d’oscillations rapides (« Fast Oscillations »). Ces résultats
renforcent l’hypothèse que le Light Peak et les oscillations rapides sont deux signaux
générés par des canaux chlore de nature différente [Blaug et al., 2003].
Canaux calcium
Plusieurs types de canaux calcium sont décrits. Ils participent à la régulation du taux de
calcium intracellulaire libre. Son augmentation contrôle nombre des fonctions de
l'épithélium pigmentaire comme le transport transépithélial des ions et de l’eau, la
phagocytose des photorécepteurs, la sécrétion de facteurs de croissance [Wimmers, et
al., 2007]… (figure III-3-10).
Transporteurs – Co-transporteurs
Ils sont couplés aux différents canaux ioniques. Les deux présentés ci-dessous contrôlent
essentiellement le pH intracellulaire (figure III-3-11).
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