Une nouvelle étude met en lumière comment les membranes cellulaires détectent la tension
Le potentiel électrique à travers les membranes cellulaires est capté par des protéines spécialisées appelées canaux ioniques activés par la tension. Ces canaux sont un type de canal transmembranaire responsable du transport d'ions chargés. C'est exactement dans la région transmembranaire de ces protéines que le champ électrique change le plus; en détectant le champ électrique, les protéines contrôlent le comportement qui dépend de la tension en ouvrant et fermant le canal ionique. Des méthodes de simulation informatiques ont déjà mis en lumière les processus moléculaires impliqués dans les modules de détection de la tension des canaux ioniques activés par la tension. Dans le cadre du projet VOLTSENS (Probing the sequence determinants of ion channel voltage sensing via computation: Towards the design of custom-tailored voltage-sensing modules), financé par l'UE, des scientifiques ont voulu étudier plus en profondeur le mécanisme d'activation des modules qui détectent la tension. Un accent particulier a été mis sur l'identification des marqueurs qui sont conservés afin de déterminer la fonction des modules de détection de la tension. L'équipe a commencé par utiliser la modélisation à l'échelle de l'atome pour calculer l'énergie libre dans les transitions entre états du canal potassique. L'étude du mécanisme d'activation du domaine de détection de tension du canal potassique a permis d'établir des ponts entre les vues microscopiques et macroscopiques concernant la dynamique des canaux ioniques et confirmé le rôle critique, soupçonné depuis longtemps, joué par des barrières qui déterminent les taux pour le contrôle de l'ouverture du canal. En utilisant la grande quantité de données générées par les simulations dynamiques moléculaires, l'équipe a continué de clarifier le rôle des résidus dans le mécanisme d'activation des domaines de détection de tension. Les résultats ont également permis d'éclaircir le rôle des mutations de résidus impliquées dans les maladies cardiovasculaires. Les modules de détection de tension peuvent être considérés comme des machines biomoléculaires modulaires qui transduisent des signaux électriques dans des cellules par le biais d'un mécanisme hautement conservé d'activation. À partir de là, l'équipe a construit un alignement de diverses séquences de détection de tension et cherché des schémas et des régularités qui reflètent la manière dont les principes de conception évolutionnaires contrôlent la fonction de détection de tension. Les modèles correspondaient aux résultats expérimentaux et ils ont servi à formuler des hypothèses testables concernant les propriétés structurelles et fonctionnelles des domaines de détection de tension. L'analyse comparative sur de grands ensembles de séquences de canaux ioniques sodium et potassium a révélé des caractéristiques spécifiques de ces canaux et permis la conception d'un modèle d'ouverture de canal. Les résultats et les conclusions du projet ont été publiés dans des revues à comité de lecture.
Mots‑clés
Membranes cellulaires, détection de tension, canaux ioniques activés par la tension, VOLTSENS, canal potassique
