En utilisant une combinaison de techniques avancées, des chercheurs de l'Université de Californie à San Francisco (UCSF) et du Howard Hughes Medical Institute (HHMI) ont identifié les éléments structurels clés des protéines piézoélectriques qui permettent de détecter les forces mécaniques. Leurs découvertes, publiées dans la revue Nature le 8 février 2023, mettent en lumière les mécanismes fondamentaux qui sous-tendent une classe cruciale de protéines sensorielles.
Les protéines piézo sont des canaux ioniques intégrés dans les membranes des cellules. Ils fonctionnent comme des capteurs qui convertissent les stimuli physiques en signaux électriques. Des études antérieures suggéraient que les protéines piézo-électriques travaillaient en étirant des domaines spécifiques en réponse à des forces mécaniques, de la même manière que l'étirement d'un ressort. Cependant, les caractéristiques structurelles précises responsables de cet étirement restent floues.
Pour combler ce manque de connaissances, l'équipe de recherche dirigée par le Dr Ardem Patapoutian, un expert renommé dans le domaine de la sensation tactile et des protéines piézo-électriques, a mené une série d'expériences. Ils ont utilisé la cryomicroscopie électronique pour capturer des images haute résolution de protéines piézoélectriques dans leur état naturel. Cela leur a permis de visualiser la structure tridimensionnelle de ces protéines avec des détails sans précédent.
Leur analyse a révélé que les protéines piézoélectriques sont constituées de plusieurs régions appelées « lames » et « palettes ». Ces structures agissent respectivement comme des leviers et des portes. Lorsque des forces mécaniques sont appliquées aux pales, celles-ci se déplacent, déclenchant un changement dans la conformation des pales. Ces changements conformationnels contrôlent ensuite l’ouverture et la fermeture du canal ionique, convertissant finalement le signal mécanique en signal électrique.
Les découvertes de l'équipe constituent une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires des protéines piézoélectriques et de leur rôle dans la détection des forces mécaniques. Ces connaissances approfondiront non seulement notre compréhension des processus cellulaires fondamentaux, mais pourraient également ouvrir de nouvelles voies pour des interventions thérapeutiques ciblant les protéines piézo et les affections associées, par exemple dans le traitement de la douleur ou de l'hypertension.
Les recherches futures se concentreront sur l'affinement de notre compréhension des protéines piézoélectriques et de leurs interactions avec d'autres composants cellulaires afin de comprendre pleinement les complexités de la détection mécanique dans les cellules et les tissus.
