Les scientifiques ont examiné une protéine qui trouvera une application en optogénétique et pourrait être utilisée pour contrôler les cellules musculaires et neuronales. L'article sur la protéine NsXeR sensible à la lumière de la classe des xénorhodopsines a été publié dans Avancées scientifiques par l'équipe internationale de chercheurs du MIPT, Forschungszentrum Jülich, et Institut de Biologie Structurale.

L'optogénétique est une nouvelle technique qui utilise la lumière pour contrôler les neurones ou les cellules musculaires des tissus vivants. Il a trouvé une large application dans les études du système nerveux. Les manipulations optogénétiques sont si précises qu'elles permettent de contrôler des neurones individuels en activant ou en désactivant certaines voies de transfert d'informations. Des méthodes similaires sont également utilisées pour inverser partiellement la vue ou la perte auditive ainsi que pour contrôler les contractions musculaires.

Les principaux outils de l'optogénétique sont des protéines photosensibles qui sont intentionnellement insérées dans des cellules particulières. Après l'insertion, la protéine s'attache à la surface cellulaire et déplace les ions à travers la membrane lors de l'exposition à la lumière. Ainsi, dans une cellule neuronale modifiée, une impulsion lumineuse correctement choisie peut activer un signal neuronal ou, au contraire, supprimer tous les signaux, selon la protéine utilisée. En activant les signaux des neurones individuels, il est possible d'imiter le fonctionnement de certaines régions du cerveau, technique qui module le comportement de l'organisme étudié. Si de telles protéines sont insérées dans les cellules musculaires, un signal externe peut les tendre ou les détendre.

Les auteurs de l'article, qui a été publié dans Avancées scientifiques , a décrit un nouvel outil optogénétique, une protéine appelée NsXeR, qui appartient à la classe des xénorhodopsines . Lorsqu'il est exposé à la lumière, il peut activer des neurones individuels, leur faisant envoyer des signaux définis au système nerveux. Outre les applications dans la recherche sur le système nerveux, xénorhodopsines peut également prendre en charge le contrôle des cellules musculaires. Pour activer ces cellules, il est préférable que le transport des ions calcium soit bloqué, car des altérations de la concentration ionique peuvent les affecter. Lors de l'utilisation de protéines qui transportent divers ions positifs (comme le calcium) de manière non sélective, des effets secondaires indésirables sont susceptibles d'apparaître.

La protéine aide à contourner la translocation incontrôlée du calcium. Il est sélectif et ne pompe que des protons dans la cellule. En raison de cette sélectivité, il a un avantage considérable sur son principal rival channelrhodopsin, qui est largement utilisé dans la recherche mais ne fait pas de distinction entre les ions chargés positivement. De plus, le xénorhodopsin agit comme une pompe fiable, transporter des protons à la fois dans et hors de la cellule quelle que soit leur concentration, tandis que la channelrhodopsine ne permet aux ions que de se déplacer d'une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible. Dans les deux cas, un afflux de charge positive dans une cellule excitable réduit la tension entre ses surfaces membranaires interne et externe. Une telle dépolarisation membranaire génère une impulsion nerveuse ou musculaire. La capacité d'induire une telle impulsion en ne pompant que des protons réduira les effets secondaires possibles pendant la recherche.

"Jusqu'à présent, nous avons toutes les données nécessaires sur le fonctionnement de la protéine. Cela deviendra la base de nos recherches futures visant à optimiser et à ajuster les paramètres de la protéine aux besoins de l'optogénétique, " dit Vitaly Chevtchenko, l'auteur principal de l'article et un membre du personnel du MIPT Laboratory for Advanced Studies of Membrane Proteins.