Il y a environ deux ans, des scientifiques de l'Université de Würzburg ont découvert qu'une certaine classe de récepteurs est capable de percevoir des stimuli mécaniques. Maintenant, ils ont commencé à démêler les mécanismes moléculaires derrière la découverte.

Le récepteur étudié par des scientifiques des universités de Würzburg et de Leipzig au cours des dernières années fonctionne de manière similaire au contrôle du volume d'une chaîne stéréo qui améliore ou atténue le signal entrant. Le récepteur en question est appelé latrophiline/CIRL.

Il y a un peu plus de deux ans, les chercheurs avaient surpris la communauté scientifique en prouvant que certains récepteurs, dont la latrophiline, répondre aux stimuli mécaniques de l'environnement, par exemple les vibrations, ondes sonores ou expansion. En faisant cela, les récepteurs aident les organismes à entendre, percevoir les mouvements et contrôler leurs propres mouvements.

Comment l'information pénètre à l'intérieur de la cellule

À l'époque, cependant, les détails de la contribution des récepteurs n'étaient pas encore clairs, c'est-à-dire comment le processus fonctionne au niveau moléculaire. En attendant, les chercheurs ont pu faire la lumière sur certains détails cruciaux. Ils présentent leurs résultats dans le numéro actuel de la revue scientifique eLife. Les principaux auteurs de l'étude sont le Dr Robert Kittel, qui dirige un groupe de travail à l'Institut de physiologie/Département de neurophysiologie de l'Université de Würzburg, et le professeur Tobias Langenhan, qui a récemment déménagé de Würzburg à l'Université de Leipzig.

"Pour que les cellules perçoivent et répondent aux stimuli externes, l'information doit d'une manière ou d'une autre pénétrer à l'intérieur de la cellule, " Robert Kittel explique l'aspect central de l'étude. Cela peut être accompli grâce à des canaux ioniques où un stimulus mécanique est converti en une réponse électrique dans un processus très simple et rapide.

Avec le récepteur de la latrophiline, les choses sont différentes :"Il ne forme pas de canal et ne transmet pas le stimulus électriquement, " dit Kittel. Au lieu de cela, il active des messagers intracellulaires qui déclenchent des cascades de signaux spéciales à l'intérieur de la cellule qui, en fin de compte, affectent également les canaux ioniques. Selon Kittel, le récepteur a donc un effet modulateur sur la perception du stimulus comme une sorte de contrôleur de volume.

Collaboration avec de nombreux experts

L'étude qui vient d'être publiée est le fruit d'une collaboration avec des spécialistes de divers domaines de l'Université de Würzburg – un aspect que Robert Kittel apprécie particulièrement.

L'un des experts contributeurs est le physiologiste des plantes, le professeur Georg Nagel, l'un des scientifiques qui a découvert une technique célèbre connue sous le nom d'« optogénétique ». Le principe sous-jacent :Nagel caractérise les canaux ioniques et les enzymes qui peuvent être contrôlés par la lumière. Robert Kittel et Tobias Langenhan ont utilisé les larves de drosophile, la mouche des fruits, pour leurs expériences presque transparentes afin que les chercheurs puissent étudier le fonctionnement des récepteurs avec de simples éclairs lumineux.

Le deuxième expert impliqué était le professeur Markus Sauer, directeur du Département de biotechnologie et de biophysique du Biocenter de l'Université de Würzburg. Avec son équipe, Sauer a développé des formes spéciales de microscopie à fluorescence à haute résolution. Cette microscopie "super résolution" permet d'imager des structures cellulaires et des molécules avec une résolution jusqu'à dix fois supérieure à celle des microscopes optiques conventionnels. "En utilisant la microscopie à super-résolution, nous avons pu localiser la position de la membrane cellulaire où se trouve le récepteur, ", dit Robert Kittel.

La Dre Isabella Maiellaro et la professeure Esther Asan sont également des spécialistes dans le domaine des procédures d'imagerie. En s'associant avec Isabella Maiellaro du Département de Pharmacologie, les chercheurs ont pu visualiser directement le signal du récepteur intracellulaire. Esther Asan, Professeur à l'Institut d'anatomie et de biologie cellulaire II de l'Université de Würzburg, a également contribué au succès de l'étude grâce à son expertise en microscopie électronique.

De plus, le projet a été soutenu par la vaste expérience du professeur Matthias Pawlak à l'Institut de physiologie de l'Université de Würzburg dans le domaine de la physiologie sensorielle et du Dr Simone Prömel, un pharmacologue à l'Université de Leipzig. Robert Kittel considère ces collaborations comme un bon exemple de la façon dont les méthodes biotechnologiques modernes peuvent aider à répondre aux questions physiologiques.

Une famille moléculaire très importante

La latrophiline/CIRL fait partie d'une famille de molécules qui compte plus de 30 membres chez l'homme :les GPCR d'adhésion, un sous-groupe des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Des centaines d'entre eux sont codés dans le génome humain; leur importance est étayée entre autres par le fait qu'environ la moitié de tous les médicaments d'ordonnance ciblent ces récepteurs et aident à traiter des maladies courantes telles que l'hypertension artérielle, l'asthme ou la maladie de Parkinson.

Cela montre à quel point les résultats des recherches des scientifiques de Würzburg et de Leipzig sont importants. Après tout, savoir ce qui se passe à l'intérieur des cellules est un prérequis pour mieux comprendre les processus pathologiques et concevoir de nouvelles thérapies. "Les processus de biologie cellulaire sont bien conservés en termes d'évolution, ", explique Robert Kittel. Des mécanismes similaires sont également à l'œuvre dans les cellules humaines.

Robert Kittel et Tobias Langenhan sont également membres d'une unité de recherche financée par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG FOR 2149) qui étudie le comportement de signalisation des GPCR d'adhésion. L'étude actuelle exploite la bonne accessibilité expérimentale de la drosophile pour introduire plus rapidement les nouvelles technologies dans un contexte biomédical. Cela permet de décrire pour la première fois les mécanismes moléculaires de base. Ces mécanismes doivent maintenant être étudiés dans d'autres organismes et contextes physiologiques en collaboration avec d'autres scientifiques.