Les biochimistes du RIKEN ont découvert comment une pompe minuscule dans un microbe marin transporte des ions négatifs dans la cellule en changeant de forme lorsqu'elle est activée par la lumière. En plus de fournir des informations sur le fonctionnement de ces pompes ioniques, les résultats seront utiles pour améliorer les outils basés sur la lumière pour la recherche sur le cerveau.

De nombreuses bactéries et algues unicellulaires transportent des ions dans et hors de leurs cellules à l'aide de pompes actionnées par la lumière. En expulsant ou en acceptant des ions, ces pompes permettent aux cellules de réguler leur contenu par rapport à leur environnement. Ils fonctionnent en modifiant leur forme lorsqu'ils sont activés par la lumière.

De telles pompes à lumière n'intéressent pas seulement les biochimistes; les neuroscientifiques les utilisent pour sonder les circuits cérébraux chez les animaux en allumant et en éteignant les neurones en réponse à la lumière. En savoir plus sur le fonctionnement de ces pompes permettra aux chercheurs spécialisés dans le cerveau de les adapter à cette application.

Les pompes à lumière qui transportent des ions positifs à travers la membrane cellulaire ont été largement étudiées, mais on en sait beaucoup moins sur le fonctionnement des pompes qui transportent des ions chlorure négatifs.

Aujourd'hui, Mikako Shirouzu et Toshiaki Hosaka du RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, Eriko Nango du RIKEN SPring-8 Center et leurs collègues ont utilisé un puissant laser à rayons X, dont il n'existe qu'une poignée dans le monde. —pour visualiser comment la forme d'une pompe d'ions chlorure alimentée par la lumière change pendant le fonctionnement.

Ils ont examiné une pompe à chlore d'une bactérie marine basée sur la rhodopsine, une protéine sensible à la lumière, un pigment biologique similaire à celui des récepteurs de lumière de l'œil humain. L'équipe a utilisé des ions bromure et iodure plus gros plutôt que des ions chlorure car ils sont plus détectables par les rayons X.

Les chercheurs ont découvert que la pompe disposait d'un mécanisme intrigant pour empêcher les ions chlorure de revenir d'où ils venaient. "Nous avons été surpris de constater que le résidu d'acide aminé Asn98, qui interagit avec l'anion, empêche le reflux de l'ion après son passage", explique Hosaka. "Il existe donc un mécanisme simple pour transporter un seul ion avec un seul changement de forme."

Les résultats, publiés dans Proceedings of the National Academy of Sciences , indiquent que les rhodopsines pompant du chlorure utilisent un mécanisme commun pour déplacer les ions.

L'équipe compte étudier d'autres protéines en les rendant d'abord sensibles à la lumière. "La plupart des protéines ne réagissent pas à la lumière, ce qui les rend difficiles à contrôler", explique Hosaka. "A l'avenir, nous aimerions modifier les protéines ordinaires pour les rendre sensibles à la lumière et ainsi étudier les changements de forme d'un plus large éventail de protéines." + Explorer plus loin

Comment faire entrer les ions chlorure dans la cellule