Activer des protéines mécanosensibles par la lumière pour y voir plus clair dans leur fonctionnement

La détection des forces mécaniques par les cellules est un processus central en biologie. Parmi les molécules capables de détecter ces forces mécaniques, les protéines PIEZO forment des canaux ioniques activés mécaniquement. Ces protéines membranaires exprimées à la surface des cellules sont impliquées dans de nombreuses fonctions physiologiques comme la perception du toucher, la régulation de la pression sanguine ou la différenciation cellulaire.

L’activation (ouverture) des canaux PIEZO requiert un système sophistiqué d’application de forces mécaniques sur la cellule extrêmement difficile à mettre en œuvre en laboratoire. Le développement de techniques alternatives d’activation plus simples, par la lumière par exemple, permettrait d’observer plus facilement le fonctionnement de cette famille de protéines mécanosensibles.

En observant attentivement l’architecture des canaux ioniques, des scientifiques du Laboratoire de conception et application de molécules bioactives (CNRS/Université de Strasbourg) ont remarqué une forte similitude structurale entre les canaux PIEZO et les récepteurs P2X* pour lesquels ils avaient développé depuis une dizaine d’année toute une série d’outils photochimiques permettant de les activer par la lumière. D’où l’idée d’étendre cette stimulation photochimique aux protéines PIEZO, un défi en raison de leur taille massive (plus de 2500 acides aminés par sous-unité) qui les rend, a priori, peu manipulables par la lumière.

Leurs résultats, publiés dans la revue Nature Communications,*** présentent le premier canal PIEZO1 activable par la lumière. Pour cela, ils sont parvenus à greffer sur une sous unité de PIEZO1 la molécule photo-commutable MAT** qu’ils avaient développée pour activer les récepteurs P2X2. Le changement géométrique de MAT induit par la lumière est alors répercuté sur l’ensemble de la protéine PIEZO, ce qui déclenche l’ouverture des canaux, sans recourir à des stimulations mécaniques. En activant ces canaux grâce à des petites molécules photo-commutables, on peut espérer repousser les limites de l’ingénierie moléculaire des protéines et ouvrir la voie à de nouvelles investigations sur la biologie de ces canaux dont on mesure toute la complexité.

* Les récepteurs P2X de l’adénosine 5′-triphosphate (ATP) sont des récepteurs-canaux perméables aux cations (principalement Na⁺ et K⁺, mais également Ca²⁺) qui interviennent dans les communications intercellulaires et la transduction sensorielle.

** La molécule photo-commutable MAT contient une structure chimique, l’azobenzène, capable de changer de forme sous l’action de la lumière.

*** Ce travail a été initié grâce à un soutien financier de l’USIAS (Université de Strasbourg Institut d’Études Avancées).

Rédacteur : CCdM