Comment un "capuchon" invisible pourrait contrôler les synapses électriques
Nouveaux éléments constitutifs de la communication cellulaire
Une équipe internationale dirigée par l'université Goethe de Francfort, en Allemagne, a utilisé la cryo-microscopie électronique de pointe pour visualiser les synapses électriques (jonctions lacunaires) à l'intérieur de cellules vivantes. Ce faisant, ils ont découvert une structure supplémentaire surprenante : une "coiffe" circulaire inconnue jusqu'alors, reliée au canal depuis l'intérieur de la cellule. Il semble qu'elle soit formée par la protéine UNC-1, dont la famille de protéines est associée à diverses maladies.
Rangée du haut : Les moyennes cryo-ET des canaux de jonction gap (à gauche) révèlent des capuchons frappants (à droite ; violet) à l'intérieur de la cellule. Rangée du bas : Les jonctions lacunaires (bleu clair) permettent aux cellules de communiquer à travers leurs membranes (grises).
N. Rosenkranz
Lorsque deux cellules se "parlent", elles le font souvent par l'intermédiaire de minuscules canaux appelés synapses électriques. Contrairement aux synapses chimiques, ces jonctions dites "gap" permettent l'échange direct d'informations entre deux cellules, par exemple sous forme d'ions. Sans elles, notre cœur ne pourrait pas battre de manière synchronisée et les cellules nerveuses ne pourraient pas fonctionner en rythme. Mais que se passe-t-il exactement lors de cette forme de communication cellulaire ?
Un regard à l'intérieur de la cellule vivante
Jusqu'à présent, les jonctions lacunaires ont été étudiées principalement sous la forme de protéines isolées et traitées chimiquement, c'est-à-dire en dehors de leur environnement naturel. Pour obtenir une image de la structure directement dans les tissus vivants, des chercheurs de l'université Goethe de Francfort (Allemagne), de l'institut Max Planck de biophysique (Allemagne) et du Centre national des sciences biologiques de Bangalore (Inde) ont examiné des cellules du nématode Caenorhabditis elegans à l'aide de la tomographie cryo-électronique (cryo-ET). "Avec cette méthode, nous pouvons geler les cellules dans leur état naturel et prendre des images tridimensionnelles de leur intérieur", explique le professeur Alexander Gottschalk de l'Institut de chimie biophysique de l'université Goethe. "À partir de milliers d'images de canaux individuels, nous déterminons une structure à haute résolution qui nous permet de comprendre le fonctionnement des jonctions lacunaires.
Les canaux de jonction gap du nématode sont constitués de six sous-unités par cellule. Ensemble, elles forment un canal de douze sous-unités, exactement comme chez l'homme. Ces structures ont été remarquablement bien conservées au cours de l'évolution, de sorte que les résultats des recherches menées sur des organismes simples peuvent également être appliqués aux mammifères supérieurs. Les résultats ont montré que tous les canaux ne se ressemblent pas : certains sont larges et ouverts, d'autres étroits et vraisemblablement fermés.
Découverte d'un capuchon en forme d'anneau
Sur certains canaux, les chercheurs ont découvert une structure supplémentaire : un "capuchon" en forme d'anneau qui repose à l'intérieur de la cellule sur les canaux individuels et ferme leur ouverture. Cette structure, qui n'avait pas encore été découverte, est un composant minuscule mais important : les synapses pourraient être capables de réguler leur connexion avec elle comme avec une valve - un mécanisme qui pourrait être crucial pour contrôler les signaux électriques dans le cœur ou l'intestin.
Pour découvrir quelle protéine forme cette "coiffe", les chercheurs ont combiné leurs données expérimentales avec un logiciel d'intelligence artificielle capable de prédire les structures des protéines. La protéine UNC-1 correspondait le mieux à la forme observée de la coiffe. Des simulations informatiques ont confirmé que l'anneau UNC-1 peut se fixer de manière stable sur le canal et que les deux protéines interagissent l'une avec l'autre, comme si elles étaient faites l'une pour l'autre.
Pertinence pour les maladies humaines
L'UNC-1 appartient à la famille des protéines de type stomatine, qui sont également présentes dans le corps humain et peuvent y former des capuchons en forme d'anneau. La stomatine est présente dans les globules rouges, par exemple, et la podocine, qui lui est apparentée, dans les reins. Chez l'homme, les mutations de ces protéines sont associées à des maladies héréditaires telles que la stomatocytose héréditaire ou le syndrome néphrotique résistant aux stéroïdes (SRNS). Les nématodes dont l'UNC-1 est défectueux sont également très limités dans leur mobilité. "La similarité structurelle de cette famille de protéines entre les différentes espèces est remarquable", déclare l'un des premiers auteurs, Nils Rosenkranz, qui a étudié ce complexe protéique dans le cadre de sa thèse de doctorat. "Notre découverte suggère que la régulation des jonctions lacunaires ou d'autres canaux de la membrane cellulaire par de telles coiffes pourrait être un principe fondamental de la communication cellulaire, des nématodes à l'homme.
Cette découverte soulève à présent de nouvelles questions : Le "capuchon" régule-t-il réellement l'ouverture et la fermeture des canaux ? Comment influence-t-elle le flux d'ions ? Les chercheurs pensent que les jonctions lacunaires humaines pourraient également être régulées par des capuchons similaires. À long terme, cela pourrait ouvrir la voie à de nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies dans lesquelles la communication entre les cellules est perturbée.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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