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Nouvelle lumière sur les fonctions des protéines

Florence Martinache

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Nouvelle lumière sur les fonctions des protéines

En bleu, les canaux natifs. En marron les canaux mutants. Les sous-éléments de ces canaux se combinent pour donner un canal photosensible et capable d'aller à la membrane plasmique.

© Guillaume Sandoz

Des chercheurs ont développé une nouvelle stratégie pour déterminer la fonction des protéines. Déjà concluante dans le cas du « canal TREK1 », elle pourrait s'appliquer à bien d'autres cibles pharmacologiques.

Tout développement de médicament doit être précédé par la détermination d'une cible. Étape essentielle en pharmacologie, elle passe nécessairement par la caractérisation des fonctions de diverses protéines codées par le génome. C'est à ce champ de recherche que s'est attaqué Guillaume Sandoz, chercheur au CNRS. Il s'est concentré dans un premier temps sur l'objet de sa spécialité : les canaux potassiques. Protéines membranaires formant des pores en surface des cellules, ces canaux contrôlent notamment les courants électriques qui permettent la communication entre les neurones. Le chercheur s'est penché plus précisément sur le canal TREK1, appartenant à la famille des canaux potassiques à deux domaines P, qui sont impliqués dans la définition du potentiel membranaire des neurones au repos. Par ce rôle fondamental, TREK1 est impliqué dans de nombreuses fonctions physiologiques telles que l'anesthésie, la sensibilité à la douleur, ou encore dans la dépression. De ses travaux est ressorti un outil permettant d'activer et désactiver le canal TREK1 avec un simple « coup de lumière ».

S'affranchir des méthodes classiques

Partant du constat que les méthodes actuelles pour déterminer la fonction des protéines comportent de sérieuses limites, il a cherché à mettre au point une technique qui s'en affranchirait. Jusqu'ici, les deux principaux moyens employés par les scientifiques étaient la mise au point de souris knock-out et le blocage spécifique de la fonction d'une protéine à l'aide d'un agent pharmacologique. La première consiste à invalider un gène dans les cellules embryonnaires de la future souris. Elle présente deux inconvénients majeurs. D'une part, il faut du temps pour « créer » une telle souris. D'autre part, la redondance génique, c'est-à-dire l'existence d'autres gènes codant pour une fonction similaire, risque de compenser la perte du gène invalidé, au cours du développement de la souris. La seconde méthode compte également deux inconvénients : il n'existe pas d'agent pharmacologique spécifique bloquant pour toutes les protéines et quand il existe, son action est parfois irréversible. Le nouvel outil développé par Guillaume Sandoz et ses pairs ne présente aucune de ces limites et comporte même de sérieux avantages par rapport à ces deux techniques. « Avec mon système, on peut comparer avant et après désactivation de la protéine, et le refaire à l'infini. Mais surtout, c'est de l'ordre de la milliseconde pour le faire », s'enthousiasme le chercheur du CNRS.

C'est en Californie, dans le cadre d'un échange international de deux ans, que Guillaume Sandoz et ses confrères américains ont mis au point leur méthode. Ils ont commencé par créer une version mutante du canal TREK1 comportant un point d'accroche pour un agent chimique photosensible, le MAQ. Cet agent chimique est lui-même doté d'un « bras » bloqueur de pore. Si bien que lorsque le complexe canal TREK1-MAQ est éclairé brièvement par une lumière violette de longueur d'onde 380 nm, le pore du canal se bouche. De la même manière, s'il est éclairé ensuite avec une lumière verte d'une longueur d'onde de 500 nm, le pore se débouche. Cet objet est nommé canal TREKlight. Restait ensuite à faire en sorte que TREKlight se substitue aux canaux TREK1 dans un neurone normal. Les scientifiques ont pour cela modifié TREKlight de manière à ce qu'il soit incapable d'atteindre par lui-même la membrane cellulaire. Alors bloqués à l'intérieur de la cellule, les sous-éléments de ce canal mutant se polymérisent avec ceux des canaux TREK1 natifs pour ensuite atteindre la membrane de la cellule (voir figure). Résultat : les canaux qui peuplent la membrane cellulaire sont des canaux TREK1 hybrides et surtout photosensibles. Et aucun canal natif n'échappe aux mutants car « lorsque l'on transfère de l'ADN dans des cellules, la quantité de protéines produites par l'ADN exogène est largement supérieure à la quantité de protéines produites par l'ADN endogène », explique Guillaume Sandoz. L'approche ainsi conçue a été validée sur des cultures de cellules et des tranches de cerveau. Prochaine étape : passer aux animaux entiers. Pour générer l'expression du canal mutant, les chercheurs utiliseront des vecteurs viraux classiques. « Nous prévoyons d'injecter le virus dans les zones du cerveau impliquées dans la dépression et après « photoswitcher », le canal sur l'animal in vivo afin de regarder son comportement, quand le canal fonctionne normalement et quand le canal est fermé. » L'un des avantages de cette nouvelle méthode est en effet qu'elle peut cibler une zone très précise de l'organisme. Non seulement parce que l'ADN mutant n'est pas intégré dans le génome de la souris, mais aussi parce que l'éclairage des canaux « photoswitchables » se fait à l'aide de lasers aux rayons de l'ordre du micromètre. Il ne serait donc pas aberrant d'imaginer agir dans un seul type cellulaire, par exemple. En outre, « étant donné la puissance du laser, le canal se fermera en quelques millisecondes », assure Guillaume Sandoz. « Au niveau temporel et spatial , je ne connais pas d'autre outil aussi précis que le nôtre », conclut-il. Grâce à ce nouvel outil, les chercheurs ont pu mettre en évidence que les canaux TREK1 sont une cible des récepteurs GABA de type B, eux-mêmes cibles du baclofène, une substance très utilisée en pharmacie pour la relaxation des muscles et qui est récemment à l'étude pour le traitement de l'alcoolisme chronique. Cette trouvaille n'est qu'un début puisque la méthode est tout à fait transposable aux canaux potassiques de la même famille que TREK1, mais également pour les récepteurs couplés aux protéines G « qui représentent environ 40 % des cibles pharmacologiques actuellement », souligne Guillaume Sandoz. Pour leur part, « les canaux ioniques représentent 20-25 % de ces cibles », toujours d'après le chercheur. La finesse spatiale et la rapidité de cet outil en développement pourraient ainsi permettre d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques ou de mieux connaître celles déjà utilisées.

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