Un nouveau projet de recherche utilise la source lumineuse canadienne pour aider les chercheurs à comprendre la protéine responsable de la régulation des battements cardiaques. Des erreurs dans la structure de cette protéine cruciale peuvent entraîner des arythmies potentiellement mortelles, et comprendre sa structure devrait aider les chercheurs à développer des traitements.

Cette protéine, calmoduline (CaM), régule les signaux qui provoquent la contraction et la relaxation du cœur chez presque tous les animaux avec un battement cardiaque.

"Habituellement, vous trouvez des différences entre les versions de protéines d'une espèce à l'autre, " explique Filip Van Petegem, professeur au Département de biochimie et de biologie moléculaire de l'Université de la Colombie-Britannique. "Pour la calmoduline, ce n'est pas le cas, c'est tellement incroyablement conservé."

Il supervise également des centaines de protéines différentes dans le corps, ajuster un large éventail de fonctions cellulaires qui sont aussi cruciales pour notre survie et notre santé qu'un rythme cardiaque régulier.

"Parce qu'il joue un rôle crucial dans le cœur, interagissant avec et régulant tant de protéines importantes différentes, et voyant comment la calmoduline est identique chez toutes les espèces de vertébrés, l'idée générale était que vous ne pourriez jamais avoir de mutation dans vos gènes de calmoduline et survivre, " dit Van Petegem. " Vous affecteriez tellement de processus différents dans la cellule. "

Mais ces dernières années, plusieurs individus ont été identifiés qui survivent malgré des mutations dans leurs gènes CaM. Alors que cette condition devait entraîner des conséquences désastreuses telles que l'épilepsie et des troubles génétiques majeurs, le symptôme le plus grave semble être une arythmie cardiaque, un rythme cardiaque irrégulier qui tue 40, 000 Canadiens par année.

"Beaucoup de gens n'y croyaient pas au début, mais c'est confirmé, " observe-t-il, ajoutant que les résultats ont soulevé des questions entièrement nouvelles sur la manière dont CaM mène ses activités dans le corps.

Van Petegem et ses collègues se sont tournés vers le CLS pour déterminer ce que diverses mutations ont fait au fonctionnement interne de cette protéine complexe.

"Il s'agit d'obtenir des structures 3D, et vous avez besoin de rayons X très lumineux pour voir beaucoup de détails dans ces structures, " explique-t-il. " Nous avons également été particulièrement chanceux d'avoir une excellente collaboration avec les Drs. Overgaard et Wimmer à l'Université d'Aalborg, Danemark, qui ont complété nos études avec des données spectroscopiques de résonance magnétique nucléaire".

Le résultat, publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , offert d'autres surprises de CaM, qui contient plus de 150 acides aminés. Un seul changement dans l'un de ces constituants a eu un impact énorme sur la forme de la molécule.

"Normalement, lorsque la calmoduline se lie au calcium, elle change de forme, c'est ce qui envoie le signal au canal calcique de se fermer, et contrôle les battements du cœur" dit Van Petegem, qui a été témoin d'une énorme distorsion lorsqu'une mutation a empêché ce processus de liaison. "Ce n'était pas une chose subtile - la façon dont la protéine entière se replie est très différente."

L'équipe de Van Petegem a examiné quatre variantes mutantes différentes de la protéine CaM régulant le rythme cardiaque, trouver des structures différentes pour chacun.

"Bien que les différentes mutations conduisent toutes à une arythmie cardiaque, la façon dont ils le font est spécifique à la mutation, " dit Van Petegem. Deux des quatre mutants ont exprimé de grandes conformations structurelles, avec des conséquences différentes montrées dans les deux autres.

Les structures mutées ne ressemblaient en rien au CaM trouvé chez un individu sain, pourtant, la protéine semblait encore capable de remplir la plupart de ses fonctions dans le corps, même si son contrôle sur le rythme cardiaque est compromis.

Cette idée déroutante ne fait qu'ajouter à la complexité de la CaM, que Van Petegem poursuit depuis le démarrage de son laboratoire UBC en 2007. Pour l'instant, il continue de peser les implications de l'imagerie fournie par le synchrotron.

"Nous n'aurions jamais prédit à l'avance ce que nous avons vu, " conclut-il.