Patch-clamp

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Patch-clamp est un terme anglais désignant une technique électrophysiologique d'enregistrement des courants ioniques transitant à travers les membranes cellulaires. Cette technique consiste à mettre en continuité electrique une micro-pipette en verre (diamètre de contact de l'ordre de 1 µm) remplie d'une solution ionique de composition définie avec la membrane d'une cellule vivante isolée. Les cellules étudiées peuvent être des cellules excitables comme les neurones, les fibres musculaires et les cellules beta du pancréas. Les cellules non excitables présentent aussi à leur surface des canaux ioniques qui peuvent être étudiés à l'aide de cette technique. Il est enfin possible d'étudier tout canal ionique en apportant par la technique de transformation un petit ADN codant pour le canal ionique d'intéret dans une cellule où il n'est pas exprimé basalement. Cette technique permet d'étudier les mécanismes de fonctionnement des canaux ioniques d'une cellule prise individuellement en permettant le suivi en direct des phénomènes d'ouverture des canaux.

Elle fut très nettement amélioré par Erwin Neher et Bert Sackmann à Götingen en 1976, ce qui leur valut le prix Nobel de physiologie et médecine en 1991. Ils furent les premier à mesurer l'activité d'une seule molécule canalaire, en l'occurrence le canal récepteur à l'acétylcholine.

Il peut être utilisé sous deux modes principaux :

Le Voltage-Clamp ou mesure de courant en potentiel imposé
Le Current-Clamp ou mesure de potentiel en courant imposé

Le principe de la mesure repose sur l'utilisation de la loi d'ohm $U = R . I$ , où U est le voltage, R la résistance et I le courant. Cette loi est plus souvent écrite $I = G . E$ où E=U et $G = 1 / R$ est la conductance. En mode voltage clamp, le voltage est maintenu constant et le courant I est mesuré. Les modifications de I dépendent directement de G, la grandeur d'intérêt, puisqu'elle dépend directement des propriétés du canal. En mode current clamp, les variations du potentiel de membrane sont mesurés.

[modifier] Configurations

Plusieurs configurations de patch clamp existent :

Cellule entière: l'activité macroscopique de l'ensemble des courants cellulaires est mesurée. Les canaux ioniques sont les équivalents électriques de résistances en parallèle. La conductance globale G est égal à la somme de toutes les conductances unitaires γ multiplié par leurs probablités d'ouverture. Cette technique est utilisée lorsque la conductance unitaire est en dessous du seuil de détection (environ 1 pico Siemens). Elle est aussi utilisée lorsque les propriétés biophysiques du canal sont trop complexes ou que le type de question posé par l'expérimentateur est de l'ordre de la physiologie de la cellule.
Cell-attached : la micro-pipette est pressée contre la membrane. Le fragment de membrane sous la pipette n'est pas brisé comme dans la configuration cellule entière, ni la pipette éloignée de la cellule. Cette configuration est utilisée dans les cas où un facteur inconnu du cytoplasme est nécéssaire au maitient de l'activité du canal, ou bien lorsque le canal nécéssite une liaison avec les protéines du cytosquelette. Toutes les autres configurations modifient en effet les milieux baignant les deux faces du canal. Dans celle-ci, le cytoplasme est peu modifié.
"Inside-out" (signifiant “interne à l'extérieur”), où le fragment de membrane accolé à la pipette de mesure possède sa face intracellulaire en contact avec l'extérieur de la pipette. C'est la configuration de choix pour l'étude unitaire de tous les canaux ioniques, sauf ceux dont l'ouverture nécéssite la fixation d'un ligand (voir ci-dessous)
"Outside-out" (signifiant externe à l'extérieur), où le fragment de membrane accolé à la pipette de mesure possède sa face intracellulaire en contact avec l'intérieur de la pipette. Cette méthode est typiquement utilisée pour l'étude de canaux activés par fixation d'un ligand, comme par exemple le canal récepteur à l'acétylcholine nicotinique ou les canaux GABA_A. Cette configuration est plus difficile à obtenir que celle "inside-out", ce qui explique que son choix se limite à cette classe de canaux.