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Dynamique de l'architecture moléculaire et transport membranaire

Le transport membranaire secondaire a de vastes conséquences, comme l'accès des cellules cibles aux médicaments et aux nutriments. Des chercheurs de l'UE ont étudié le rôle de l'architecture moléculaire dans l'interaction avec les molécules et leur transport.
Dynamique de l'architecture moléculaire et transport membranaire
Les transporteurs actifs secondaires utilisent le gradient de sodium entre chaque côté de la membrane cellulaire. Malgré leur importance dans tous les processus biologiques, on connaît mal leur structure moléculaire et comment elle se modifie pendant les activités de transport.

Les chercheurs du projet TRANSPORTER FUNCTION (Mass spectrometry of structural dynamics in secondary membrane transporters) ont utilisé la spectrométrie de masse et la modélisation informatique pour comparer deux modèles structurels en action, pendant un processus biologique.

Les chercheurs ont choisi pour leur étude la NapA (nitrate réductase périplasmique, un échangeur sodium/proton) et la NhaA (un antiport ou contre-transporteur Na+/H+). La NapA subit d'importants changements de conformation durant le cycle de transport, alors que l'on pense que la NhaA ne subit que de petites modifications de structure.

Les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique de spectrométrie de masse pour analyser et comparer les interactions des NapA et NhaA avec les lipides de la membrane. Ils ont montré que la NapA forme des dimères stables qui ne retiennent quasiment pas de lipides après purification, alors que les dimères de NhaA se dissocient très facilement et retiennent sélectivement de la cardiolipide.

L'analyse de séquence et la modélisation d'homologie au niveau structurel ont montré que la NapA est conformée selon une hélice alpha 13, avec une autre hélice qui engendre de nombreux contacts entre les sous-unités. Au contraire, la NhaA forme un ensemble en hélice 12, avec une interface de dimère très faible et sans l'hélice supplémentaire.

Les chercheurs de TRANSPORTER FUNCTION ont mis au point un nouveau protocole de calibrage pour mesurer avec exactitude les sections de collision de protéines membranaires à faible charge. Le concept de section de collision, en développement rapide, révolutionne la détermination des complexes à plusieurs composants qu'adoptent les protéines pour effectuer leurs fonctions.

Ce protocole a montré que la NapA interagit de préférence avec des particules chargées, formant une «graisse moléculaire» pour les changements de structure dans le cycle de transport. Grâce à la spectrométrie de masse et à des simulations de la dynamique moléculaire de membranes bicouches, les chercheurs ont montré que la NhaA utilise au contraire des lipides pour stabiliser ses dimères. Ils se sont appuyés sur la sélectivité différente des transporteurs actifs secondaires pour les lipides fonctionnels, afin de proposer un modèle d'échelle variable pour la sélection des lipides par les protéines de la membrane.

La liaison sélective des lipides de la membrane permet aux transporteurs secondaires de modifier la stabilité de leurs complexes moléculaires. La détermination de la nature et de l'étendue de la sélection des lipides par les transporteurs a une signification pharmacologique majeure. Elle pourrait notamment être appliquée à un échangeur sodium/proton, qui est une cible de médicament dans le traitement de l'hypertension.

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Mots-clés

Architecture moléculaire, transporteur membranaire secondaire, TRANSPORTER FUNCTION, NapA, NhaA, lipide