Les virus, véritables maîtres d'œuvre des protéines complexes
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Des chercheurs de l'Université technique de Darmstadt (TU Darmstadt) et de l'Université de Bonn-Rhein-Sieg (Hochschule Bonn-Rhein-Sieg), en collaboration avec des partenaires internationaux, ont découvert un gène codant pour un canal potassique en tandem dans un virus algal. Cette découverte vient étayer l’hypothèse selon laquelle les virus géants ont joué un rôle significatif dans l’évolution des protéines complexes. Ces résultats ont été publiés dans la revue *Proceedings of the National Academy of Sciences* (PNAS).
Le Dr Oliver Rauh effectuant des mesures électrophysiologiques dans le laboratoire de Rheinbach.
Eric Lichtenscheidt/H-BRS
L’attribution récente du prix Nobel de médecine a montré que même des phénomènes qui semblent insignifiants à première vue recèlent le potentiel de découvertes scientifiques et de développements techniques majeurs : les chercheurs lauréats cherchaient à comprendre comment les algues vertes parviennent à s’orienter vers la lumière en un temps très court. Ce faisant, ils ont découvert une classe de canaux ioniques jusqu’alors inconnus, directement contrôlés par la lumière, posant ainsi les bases de l’optogénétique, qui permet désormais aux chercheurs du monde entier de percer les mystères de la complexité du cerveau. Les canaux ioniques sont des protéines intégrées dans les membranes biologiques qui permettent le passage de particules chargées électriquement (ions).
Dans un article récemment publié dans PNAS, une équipe internationale – comprenant des chercheurs du département de biologie de l’Université technique de Darmstadt et du département des sciences naturelles de la Hochschule Bonn-Rhein-Sieg – rapporte que non seulement les algues vertes, mais aussi les virus qui infectent ces algues vertes, peuvent être une source de protéines intéressantes. En étudiant le génome d’un mimi-virus géant qui infecte les algues vertes marines de l’espèce Pyramimonas orientalis, les scientifiques ont découvert un gène qui fournit le plan de construction d’un canal potassique dit « en tandem ».
Une sous-unité du canal potassique en tandem récemment découvert, dans lequel deux domaines protéiques formant des pores sont directement reliés l’un à l’autre. Deux de ces sous-unités forment le canal ionique fonctionnel. Illustration : Dr Oliver Rauh
Les canaux potassiques en tandem remplissent une fonction importante dans la physiologie humaine
Les canaux potassiques en tandem constituent un type de canaux ioniques. Les canaux ioniques jouent un rôle essentiel dans un large éventail de fonctions cellulaires et corporelles, notamment le maintien de l’équilibre hydro-électrolytique, la perception de la chaleur et de la douleur, ainsi que la génération de potentiels d’action dans les cellules nerveuses. Grâce à leur capacité à faire passer des ions potassium (K+) à travers les membranes cellulaires, les canaux potassiques en tandem remplissent des fonctions importantes dans la physiologie humaine. Ils stabilisent par exemple le potentiel de membrane électrique et régulent ainsi l’excitabilité électrique des cellules nerveuses.
Sur le plan structurel, les canaux potassiques en tandem présentent une particularité par rapport à tous les autres canaux potassiques : alors que les canaux potassiques se composent généralement de quatre sous-unités identiques qui forment ensemble le pore perméable au K+, dans le cas des canaux potassiques en tandem, deux des quatre sous-unités formant le pore sont directement reliées l’une à l’autre. Leur nom provient de cette disposition en tandem des sous-unités.
Le Dr Oliver Rauh effectuant des mesures électrophysiologiques dans le laboratoire de Rheinbach. Photo : Eric Lichtenscheidt/H-BRS
Les chercheurs de l’H-BRS ont produit la protéine en éprouvette
Contrairement à tous les autres types de canaux potassiques, il n’existe aucun précurseur bactérien pour les canaux potassiques en tandem, ce qui a soulevé par le passé des questions quant à leur origine évolutive. Afin d’étudier la fonction de ce canal en tandem récemment découvert, le Dr Oliver Rauh et Jonas Toews, de l’H-BRS, ont produit la protéine en éprouvette et l’ont incorporée dans des membranes lipidiques artificielles. Cela leur a permis d’étudier les propriétés de ce canal ionique – plus précisément, le flux d’ions à travers le pore du canal – à l’aide de mesures électriques. « Nos expériences démontrent que ce gène code pour une protéine présentant les propriétés fonctionnelles d’un canal potassique », rapporte le Dr Oliver Rauh, chercheur au sein du réseau de recherche « CytoTransport » de la DFG à l’H-BRS.
Découverte étonnante : le gène semble être d’origine virale
Les auteurs de l’étude ont également examiné les relations phylogénétiques entre le canal viral nouvellement découvert et les canaux potassiques en tandem déjà connus, et ont ainsi fait une découverte surprenante : contrairement à ce que l’on suppose généralement pour la plupart des gènes viraux, le gène du canal potassique nouvellement découvert ne s’est pas retrouvé dans le génome viral après avoir été « volé » au génome de l’hôte. Au contraire, ce gène semble être d’origine virale. « Cette découverte souligne une fois de plus une nouvelle perspective, selon laquelle les virus géants Mimi, auxquels appartient le virus en question, ont joué un rôle central dans l’évolution des protéines chez les organismes supérieurs », souligne le professeur Gerhard Thiel du département de biologie de l’Université technique de Darmstadt.
Les résultats de l’étude soulignent également que ces virus constituent de riches sources de protéines très intéressantes. Par exemple, d’autres chercheurs ont déjà découvert dans ce même virus un canal ionique contrôlé par la lumière qui, à l’instar des canaux ioniques issus des algues vertes, est utilisé pour des applications optogénétiques.
Les protéines d’origine virale, telles que le canal potassique en tandem récemment découvert, présentent souvent une structure nettement plus simple et constituent donc des versions plus petites de leurs homologues eucaryotes. Selon les auteurs, cette structure minimaliste rend les protéines virales particulièrement adaptées comme éléments constitutifs pour la conception ciblée de protéines dotées de propriétés entièrement nouvelles.
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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