En utilisant une combinaison de techniques avancées, des chercheurs de l'Université de Californie à San Francisco (UCSF) ont découvert les mécanismes fondamentaux par lesquels les protéines piézo-électriques convertissent les signaux mécaniques en signaux électriques. Leurs découvertes, publiées dans la revue Nature, mettent en lumière les bases moléculaires de la sensation de pression et ouvrent la voie à des interventions thérapeutiques potentielles ciblant les protéines piézo dans diverses maladies.
Les protéines piézo sont des canaux ioniques qui permettent aux ions de circuler à travers la membrane cellulaire, modifiant ainsi le potentiel électrique de la cellule. Des études antérieures avaient identifié les protéines piézo-électriques comme des composants essentiels des neurones mécanosensoriels, qui détectent et répondent aux stimuli mécaniques. Cependant, le mécanisme exact par lequel ces protéines convertissent la force mécanique en signaux électriques reste insaisissable.
Dans la présente étude, les chercheurs se sont concentrés sur Piezo1, l’une des deux protéines piézo connues chez les mammifères. En utilisant la cryomicroscopie électronique (cryo-EM), une technique de pointe pour visualiser les protéines au niveau atomique, les chercheurs ont capturé des images détaillées de Piezo1 dans différentes conformations. Cela leur a permis d’identifier les principaux changements structurels qui se produisent en réponse à une force mécanique.
Les chercheurs ont découvert que Piezo1 est composé de trois pales qui forment une structure semblable à une hélice. Lorsqu’une force mécanique est appliquée, ces lames tournent les unes par rapport aux autres, provoquant l’ouverture du canal et permettant aux ions de circuler. Ce changement conformationnel est déclenché par une région spécifique de la protéine appelée « ressort de déclenchement », qui agit comme un interrupteur moléculaire.
"Nous avons découvert que le ressort de déclenchement est un élément de liaison flexible qui relie deux des lames", explique l'auteur principal, le Dr Yifan Cheng, professeur de pharmacologie cellulaire et moléculaire à l'UCSF. "Lorsqu'une force est appliquée, ce lieur est étiré, entraînant la rotation des pales et l'ouverture du canal."
Cette étude fournit une base structurelle pour comprendre comment les protéines piézo-électriques fonctionnent comme des capteurs mécaniques. Cela pourrait avoir des implications pour le développement de médicaments ciblant les protéines piézoélectriques pour moduler la mécanosensation, conduisant potentiellement à de nouveaux traitements pour des affections telles que la douleur chronique, la perte auditive et les maladies cardiovasculaires.
"Nos découvertes font progresser notre compréhension du fonctionnement des protéines piézo-électriques et ouvrent de nouvelles voies pour explorer le rôle de ces protéines dans la santé et les maladies humaines", explique le Dr Cheng.
