Aller au contenu Aller au menu Aller à la recherche

Protéines membranaires

accès rapides, services personnalisés

Rechercher

Recherche détaillée

Protéines membranaires

Entrez dans la troisième dimension via la  deuxième dimension…

 

Notre corps en contient des centaines de milliers. Ce sont les canaux ioniques, petits pores transmembranaires constitués de protéines. Mais à quoi servent-ils ? Catherine Vénien-Bryan, professeur UPMC à l’Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC, CNRS/UPMC/IRD/MNHN), utilise les outils de la cristallographie sur ce matériel biologique très complexe pour en décrypter les mécanismes et en expliquer les éventuels failles et dysfonctionnements.

 

Sélectivement perméables à un ou plusieurs ions tels que le sodium (Na+), le calcium (Ca+), le potassium (K+) ou l'ion chlorure (Cl-), les canaux ioniques jouent un rôle central dans la physiologie des cellules excitables comme les neurones (qui coordonnent et rythment la pensée) ou les cellules musculaires et cardiaques, mais aussi dans la physiologie des cellules rénales. Tels des interrupteurs qui s’ouvrent et se ferment, ils régulent le mouvement des ions à travers la membrane de la cellule.

 

Changement de conformation d'un canal à potassium lors de l'ouverture du pore qui permettra le passage d'un ion K+. À gauche, état fermé, à droite, état ouvert. D. R.

 

 

Twist to Open. À gauche état fermé, à droite, état ouvert. La rotation d'une partie de la protéine permet l'ouverture du pore et le passage des ions potassium à travers la membrane. D. R.

 

La protéine, cette grande mystérieuse…

Avant de comprendre le fonctionnement des canaux ioniques, encore faut-il connaître la nature et la structure des protéines, ainsi que leur mode d’action en présence d’un substrat à l’échelle moléculaire. À la différence des protéines solubles, les protéines membranaires sont enfouies dans la membrane qui sépare le milieu extérieur du milieu intérieur des cellules. Insolubles en milieu aqueux, elles sont difficiles à cristalliser dans les trois dimensions (cristaux 3D, arrangements tridimensionnels dans l’espace), alors qu’elles cristallisent parfois mieux dans deux dimensions (cristaux 2D, couche ou plaque cristalline).

 

Des canaux ioniques sous X…

Le mécanisme moléculaire d'ouverture des pores des canaux ioniques peut être étudié par cryo-microscopie électronique (ou cristallographie électronique) et traitement d'images, mais aussi par cristallographie des rayons X. Or le cristal 2D de protéine est rarement parfait, soit parce qu’il est trop petit, soit parce que les protéines sont mal organisées dans le cristal, ou que celui-ci est déformé ou que parfois, les cristaux 2D ne sont pas monocouches, mais multicouches (allant jusqu’à dix couches cristallines superposées). L’interprétation des clichés de diffraction s’avère compliquée, voire impossible. De nouvelles stratégies de cristallisation des protéines solubles et membranaires en 2D sont développées en laboratoire, soit sur une monocouche lipidique à l’interface air-eau,  soit sur un support préformé.

 

Processus de cristallisation de protéines membranaires sous monocouche de lipides fluorés. Les protéines s’adsorbent à la monocouche de lipides fluorés puis s’organisent en réseau.  Les cristaux sont ensuite observés par microscopie électronique. D. R.

 

Des innovations thérapeutiques possibles

La moindre mutation ou « poussière » peut enrayer une machinerie pourtant bien « huilée ». Un dysfonctionnement de ces passeurs d’ions peut causer une pathologie, parfois issue d’une maladie génétique. En cherchant à élucider le mécanisme d’ouverture et de fermeture des canaux, les scientifiques espèrent, à plus ou moins court terme, découvrir de nouvelles cibles et de nouveaux traitements.

 

Pour en savoir plus :

Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC, CNRS/UPMC/IRD/MNHN)Nouvelle fenêtre



28/04/14