Le zinc est un micronutriment vital impliqué dans de nombreux processus cellulaires :par exemple, dans les processus d'apprentissage et de mémoire, il joue un rôle qui n'est pas encore compris. En utilisant des mesures nanoélectrochimiques, Des chercheurs suédois ont progressé dans la compréhension en démontrant que le zinc influence la libération des molécules messagères. Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie , le zinc modifie le nombre de molécules messagères stockées dans les vésicules et la dynamique de leur libération par la cellule.
Lorsque les signaux sont transmis par les synapses, les molécules messagères (neurotransmetteurs) sont libérées des chambres de stockage (vésicules synaptiques) dans la fente synaptique, où ils sont « reconnus » par les cellules nerveuses voisines. Cette libération est basée sur l'exocytose :la vésicule s'arrime à la membrane cellulaire, s'ouvre au point de contact, libère une partie de son contenu vers l'extérieur, se ferme, et se sépare de la membrane plasmique pour pouvoir être rechargé.
Une équipe dirigée par Andrew G. Ewing à l'Université de Göteborg, Suède, ont utilisé des électrodes en fibre de carbone avec des nanopointes pour étudier l'influence du zinc sur ces processus. Ils ont effectué des mesures sur des cellules PC12 qui libèrent le neurotransmetteur dopamine lorsqu'elles sont stimulées par une concentration élevée en potassium, analogue aux cellules nerveuses. "En appliquant une pointe d'électrode à la surface de la cellule, on peut suivre l'ouverture d'une vésicule individuelle et calculer le nombre de molécules libérées, " dit Ewing. En revanche, si la pointe de l'électrode est insérée dans la cellule, les vésicules du cytoplasme collent à l'électrode et libèrent tout leur contenu. D'après Ewing :"Les transitoires actuels nous permettent de déterminer combien de molécules émettrices sont contenues dans des vésicules individuelles directement dans le cytoplasme des cellules vivantes."
Après traitement au zinc, le nombre total de neurotransmetteurs contenus dans les vésicules a été réduit, en moyenne de 27%. Cependant, la quantité d'émetteur libéré lors de la stimulation est restée constante. L'analyse des transitoires actuels a permis d'expliquer cette apparente contradiction. Selon Ewing, "Le zinc modifie la dynamique de la libération. Avant et après l'ouverture de la vésicule un pore se forme au point de contact avec la membrane plasmique. Après traitement au zinc, le pore se ferme plus lentement que d'habitude. La vésicule reste ainsi ouverte plus longtemps et libère 92 % de ses molécules émettrices vers l'extérieur, au lieu de seulement 66 % sans le zinc."
Afin d'étudier ce phénomène de plus près, les cellules ont été dépouillées couche par couche de l'extérieur vers l'intérieur et ont été analysées par spectrométrie de masse. Les chercheurs ont trouvé une espèce de zinc près de la membrane cellulaire et une seconde à l'intérieur de la cellule. "Le premier est capable de se lier à la protéine kinase C, une enzyme qui se lie à la membrane pour réguler la vitesse d'exocytose. Les espèces de zinc à l'intérieur de la cellule pourraient ralentir la protéine de transport qui charge la dopamine dans les vésicules, " suggère Ewing. "Nos résultats fournissent enfin un lien entre le zinc et la régulation de la libération de neurotransmetteurs. Cela pourrait être important pour la formation et le stockage des souvenirs."
