En collaboration avec un biophysicien lauréat du prix Nobel, une équipe de chercheurs de la Virginia Commonwealth University a obtenu la vision la plus claire à ce jour d'un patch de membrane cellulaire et de ses composants, révélant des structures inattendues et ouvrant de nouvelles possibilités pour la recherche pharmaceutique.

Les membranes cellulaires sont formées en grande partie d'une feuille bimoléculaire, une fraction de l'épaisseur d'une bulle de savon, dans lequel deux couches de molécules lipidiques sont emballées avec leurs queues hydrophobes dirigées vers l'intérieur et leurs têtes hydrophiles vers l'extérieur, exposé à l'eau.

La forme et la structure internes de cette bicouche lipidique sont restées largement mystérieuses après près d'un siècle de recherche. Cela est dû en grande partie au fait que la plupart des méthodes d'examen des membranes utilisent des détergents, qui enlèvent les lipides qui composent une grande partie des structures des membranes.

Dans un article récemment publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences , l'équipe, dirigée par Youzhong Guo, Doctorat., de l'École de pharmacie de VCU—ont utilisé une nouvelle méthode sans détergent qui leur a permis d'examiner la membrane d'une cellule d'E. coli, avec des lipides encore en place.

Là où les modèles précédents avaient montré un fluide, couche lipidique presque sans structure - un article de recherche souvent cité l'a comparée à différents poids d'huile d'olive versée ensemble - l'équipe dirigée par VCU a été surprise de trouver une structure hexagonale distincte à l'intérieur de la membrane. Cela a conduit les chercheurs à proposer que la couche lipidique pourrait agir à la fois comme capteur et transducteur d'énergie au sein d'un transporteur de protéines membranaires.

"Le résultat le plus surprenant est l'ordre élevé avec lequel les molécules lipidiques sont arrangées, et l'idée qu'ils pourraient même coopérer dans le cycle fonctionnel du canal d'exportation, " dit Joachim Frank, Doctorat., de l'Université de Columbia, lauréat du prix Nobel de chimie en 2017 et co-auteur de l'article. "C'est contre-intuitif puisque nous avons appris que les lipides sont fluides et désordonnés dans la membrane."

Les chercheurs ont pu obtenir une vue aussi claire car ils ont utilisé une méthode innovante pour isoler et stabiliser les membranes. Utilisant du poly-styrène-acide maléique pour briser les membranes cellulaires en nanoparticules qui ont ensuite été isolées et capturées dans une couche de polymère sophistiqué, les chercheurs ont utilisé le microscope cryoélectronique du New York Structural Biology Center pour avoir un aperçu clair de la bicouche lipidique.

"Être capable d'extraire les protéines des membranes cellulaires sans utiliser de détergents pour briser les bicouches lipidiques est vraiment une avancée fantastique, " a déclaré Wayne Hendrickson, Doctorat., professeur d'université à Columbia, directeur scientifique du New York Structural Biology Center et co-auteur de l'article.

La technique et ses révélations pourraient avoir une valeur pharmaceutique importante, dit Guo. Il a dit qu'environ la moitié des médicaments ciblent les membranes cellulaires, et a proposé qu'une meilleure compréhension de leurs couches de lipides et de protéines pourrait conduire à des thérapies nouvelles ou plus efficaces.