La plupart des canaux ioniques sont très sélectifs quant aux ions qui peuvent ou non les traverser. Ils peuvent être conducteurs pour les ions potassium et non conducteurs pour les ions sodium, ou vice versa. Cependant, un certain nombre de canaux ioniques permettent le passage efficace des deux types d'ions. Comment ces protéines de canal y parviennent-elles ? Une équipe de scientifiques autour du Dr Han Sun et du groupe de recherche du professeur Adam Lange au Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) a trouvé la réponse à cette question.

Leur étude a révélé des différences structurelles et dynamiques entre les canaux ioniques sélectifs et non sélectifs. Les scientifiques ont décrit leurs découvertes et conclusions dans le journal Communication Nature . Dans les canaux non sélectifs, le filtre de sélectivité présente une dynamique importante non présente dans les canaux sélectifs. Le filtre de sélectivité des canaux ioniques non sélectifs peut exister sous deux formes différentes. Selon l'état du filtre de sélectivité, l'un ou l'autre type d'ions peut passer.

Les canaux ioniques jouent un rôle de premier plan dans les organismes. Par exemple, les canaux ioniques sont en action lorsque l'organisme enregistre des stimuli et transmet les informations au cerveau sous forme de signaux électriques. Pendant cette transmission de signal, les atomes chargés (ions) doivent entrer et sortir des cellules impliquées. Les ions ne peuvent pas traverser les membranes cellulaires lipophiles. Au lieu, ils traversent des canaux protéiques dans les membranes cellulaires.

Dans de nombreux cas, les canaux ioniques ne permettent le passage que d'un seul type d'ion spécifique, c'est-à-dire qu'ils peuvent être conducteurs pour le potassium mais pas pour les ions sodium ou vice versa. Le filtre de sélectivité qui est la partie la plus étroite du canal est responsable de cette discrimination ionique. Cependant, le canal NaK permet le passage des ions sodium et potassium. C'était au centre de la présente étude menée par des scientifiques du FMP autour du Dr Han Sun et du professeur Adam Lange avec des collègues de Göttingen (Allemagne) et Hefei (Chine).

Les canaux ioniques non sélectifs sont très importants en médecine.

Jusqu'à maintenant, il est resté controversé pourquoi les canaux NaK permettent le passage des ions sodium et potassium. Le professeur Adam Lange explique : « Alors que les images cristallographiques aux rayons X nous ont montré la structure tridimensionnelle du canal, il était difficile d'expliquer pourquoi ce canal est conducteur de deux types d'ions différents avec une efficacité similaire. C'était particulièrement difficile à comprendre car la séquence et la structure 3-D du filtre de sélectivité sont similaires à celles des canaux sélectifs du potassium."

Le scientifique Dr Han Sun a ajouté qu'il s'agit d'un système modèle pour plusieurs autres canaux ioniques non sélectifs dans le corps humain. Dans ce contexte, les canaux cycliques nucléotidiques et activés par hyperpolarisation (canaux CNG et HCN) sont médicalement et physiologiquement pertinents. "Nous savons que les canaux CNG sont importants pour la vision et l'odorat. Les canaux HCN dysfonctionnels sont impliqués dans diverses maladies neurologiques telles que l'épilepsie ou l'autisme."

Des ions spécifiques préfèrent des structures de canaux spécifiques

Les scientifiques ont utilisé une combinaison de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) et de simulations de dynamique moléculaire assistées par ordinateur. Les résultats ont révélé que le filtre de sélectivité du canal NaK change dynamiquement entre deux structures. Chaque structure est conductrice pour l'un des deux types d'ions. Le Dr Han Sun dit, "Étonnamment, les simulations informatiques ont montré que les ions potassium passant par le canal NaK préfèrent la structure d'un canal sélectif du potassium, tandis que le mécanisme du passage des ions sodium est similaire au passage des ions sodium à travers un canal ionique sélectif du sodium. les chercheurs pensaient que la structure du filtre de sélectivité est la même pour le transport des ions sodium et potassium à travers le canal NaK.

Pour rassembler des preuves supplémentaires du rôle crucial de la structure dynamique du filtre de sélectivité NaK, les scientifiques ont expérimenté un canal NaK muté (mutation double ponctuelle NaK2K). Ce canal NaK muté n'est conducteur que pour les ions potassium. Le professeur Adam Lange rend compte des résultats :« Nos investigations RMN ont clairement révélé que le filtre de sélectivité de ce canal ne forme qu'une seule structure.