Structure 3-D du transporteur d'iodure synthétique PB-1A développé par les chercheurs de l'IBS. La conception PB-1A suit la forme d'un polyèdre à 26 faces composé de triangles et de carrés (gris foncé) avec 12 faces laissées vides comme fenêtres (gris clair) pour le passage des ions. Il a un diamètre de 3,64 nm et les bonnes caractéristiques chimiques pour s'adapter à la membrane cellulaire. Crédit : Institut des sciences fondamentales
L'échange d'iodure (ions d'iode) entre la circulation sanguine et les cellules est crucial pour la santé de plusieurs organes et son dysfonctionnement est lié au goitre, hypo- et hyperthyroïdie, cancer du sein, et le cancer gastrique. Chercheurs du Centre d'auto-assemblage et de complexité, au sein de l'Institute for Basic Science (IBS) ont conçu des nanostructures qui fonctionnent comme des canaux pour le transport de l'iodure dans les membranes cellulaires. Cette étude, publié dans le Journal de l'American Chemical Society ( JACS ), peut conduire au diagnostic et au traitement des troubles du transport de l'iodure.
Une protéine connue sous le nom de symporteur sodium/iodure (NIS) assure le transport de l'iodure de la circulation sanguine vers les cellules thyroïdiennes ainsi que d'autres tissus, y compris les glandes mammaires pendant la lactation, tissus mammaires cancéreux, et les glandes lacrymales. NIS est une structure creuse couvrant la hauteur de la membrane cellulaire à travers laquelle l'iodure peut se déplacer dans les cellules.
Les scientifiques d'IBS ont développé des canaux ioniques synthétiques qui permettent sélectivement le passage d'ions chargés négativement, notamment les iodures. Avec un diamètre de 3,64 nm et les bonnes caractéristiques chimiques, ces canaux appelés boîtes de porphyrine 1A (PB-1A), s'insèrent dans la membrane cellulaire.
PB-1A a la forme d'un polyèdre à 26 faces composé de triangles et de carrés, nommé rhombicuboctaèdre par Archimède. Deux types de molécules composent 14 faces du solide, tandis que les autres faces sont laissées vides pour le passage des ions.
Le PB-1A présente l'avantage d'être chimiquement stable en solution aqueuse et dans la membrane cellulaire. Les scientifiques d'IBS ont découvert que PB-1A s'insère naturellement dans la membrane cellulaire, fonctionne comme un canal ionique, et non toxique pour les cellules.
L'iodure (I-) entre et sort par les canaux synthétiques PB-1A dans la membrane cellulaire. Les cellules sont traitées avec des protéines fluorescentes jaunes sensibles à l'iodure (cellules YFP-HEK-293T) qui ne sont fluorescentes qu'en l'absence de I- (A). Les scientifiques d'IBS ont observé que l'ajout de canaux PB-1A n'interférait pas avec la fluorescence (B), mais une heure plus tard, quand ils ont ajouté I- (comme l'iodure de sodium, NaI), la fluorescence a été désactivée (C). La solution de NaI a ensuite été éliminée, et la fluorescence est réapparue après 30 minutes, indiquant que I- a diffusé hors de la cellule à travers les canaux PB-1A (D). Crédit : Institut des sciences fondamentales
L'équipe a observé que différents types d'ions chargés négativement peuvent traverser PB-1A, mais certains peuvent le faire mieux que d'autres. Par exemple :transfert d'iodure environ 60 fois plus efficace que le chlorure, l'ion biologiquement chargé négativement le plus abondant, c'est deux fois plus sélectif que les canaux précédemment rapportés. L'équipe a observé que différents types d'ions chargés négativement peuvent traverser PB-1A, mais certains peuvent le faire mieux que d'autres. Par exemple :l'iodure transfère environ 60 fois plus efficacement que le chlorure, l'ion biologiquement chargé négativement le plus abondant, qui est deux fois plus sélectif que les canaux précédemment rapportés. Cette différence d'efficacité est liée aux molécules d'eau entourant les ions et à l'énergie nécessaire pour les extraire, c'est-à-dire qu'il est plus facile pour l'iodure d'éliminer ces molécules d'eau lorsqu'il traverse le canal, ce qui facilite son passage.
Concevoir des canaux avec une sélectivité élevée pour des ions spécifiques n'est pas une tâche triviale. « Nous sommes enthousiasmés par ces découvertes, car en comparaison avec les études sur les canaux chlorure et les canaux transportant des ions chargés positivement, Les canaux artificiels sélectifs pour l'iodure ont été rarement signalés au cours de la dernière décennie. De plus, les canaux qui imitent les fonctions de NIS sont très intéressants, car ils ont le potentiel de traiter les tumeurs malignes de la thyroïde et non thyroïdiennes, " précise le Dr ROH Joon Ho, l'un des auteurs correspondants de cette étude.
