A l'aide d'un modèle informatique, des chercheurs de la North Carolina State University et de l'Université de l'Illinois à Chicago ont révélé l'effet de quantités accrues de cholestérol sur un canal ionique spécifique impliqué dans la régulation des niveaux de potassium dans le cœur. Les travaux éclairent davantage les interactions entre le cholestérol et la fonction cardiaque et pourraient avoir un impact sur les futures thérapies cardiaques.

Les canaux ioniques sont des protéines situées dans une membrane cellulaire qui contrôlent le transport des ions entre l'environnement environnant d'une cellule et l'intérieur de la cellule. Le courant électrique qui permet au muscle cardiaque de se contracter est le produit d'une série de transferts d'ions à travers la membrane cellulaire. Chaque cellule cardiaque possède des canaux ioniques dans la membrane qui transportent un atome chargé spécifique, comme le calcium, sodium, ou potassium—de l'environnement externe dans la cellule cardiaque.

Belinda Akpa, professeur adjoint de biologie synthétique et des systèmes intégrée et d'ingénierie électrique et informatique à l'État de Caroline du Nord et auteur co-correspondant d'un article décrivant la recherche, a examiné l'effet des molécules de cholestérol sur un canal ionique particulier, appelé Kir2, qui régule le transfert de potassium dans les cellules cardiaques.

"Le cholestérol n'est pas en soi une mauvaise chose, " dit Akpa. " Il est toujours présent dans la membrane cellulaire. Lorsque les niveaux de cholestérol changent, nous commençons à avoir des problèmes. Étant donné que le cholestérol représente environ 30 % d'une membrane normale, nous voulions comprendre pourquoi une augmentation relativement faible - passant d'environ 30 à 40 % - fait soudainement mal tourner les choses."

Akpa, Université de Chicago à l'Illinois Ph.D. étudiant Nicolas Barbera, et co-auteur Irena Levitan, professeur de médecine, pharmacologie, et bio-ingénierie à l'Université de l'Illinois à Chicago, utilisé la modélisation informatique pour révéler les façons dont les molécules de cholestérol interagissent avec le canal ionique Kir2. Ils ont découvert que même si les molécules de cholestérol individuelles ne se lient pas fortement au canal Kir2, l'augmentation du taux de cholestérol a rendu ces interactions plus nombreuses, écrasant essentiellement le canal.

Les protéines et les petites molécules interagissent souvent comme des serrures et des clés, où seule une molécule spécifique peut s'insérer dans une région particulière de la protéine. Ces interactions provoquent un changement de forme de la protéine - dans le cas de Kir2, le cholestérol glissant dans ces régions interfère avec les tentatives de la protéine de s'ouvrir ou de se fermer pour permettre aux ions potassium de pénétrer dans une cellule cardiaque. Dans leur modèle, Akpa, Barbera et Levitan ont identifié quatre « verrous » sur le canal ionique Kir2 que les molécules de cholestérol ont tenté d'occuper.

"Le cholestérol peut en fait appartenir à certaines de ces serrures, mais on le voit aussi essayer de s'installer dans des endroits qui devraient probablement être inoccupés, qui interfère avec la capacité de la protéine à changer de forme d'une manière qui lui permet de s'ouvrir et de se fermer normalement, " dit Akpa. " C'est un problème parce que les cellules ont besoin de canaux ioniques pour orchestrer une chorégraphie sophistiquée d'ions entrant et sortant à des moments différents. Essentiellement, c'est comme prendre une symphonie d'échanges d'ions et insérer une fausse note."

Les travaux futurs de l'équipe se concentreront spécifiquement sur la façon dont le cholestérol supplémentaire modifie la capacité de la protéine à s'ouvrir et à se fermer.

L'œuvre apparaît dans Journal biophysique .