Sommaire: Les chercheurs rapportent qu’ils ont identifié les premières rhodopsines à canaux potassiques photosensibles naturelles.
La source: Collège de médecine Baylor
Une approche clé pour comprendre le cerveau consiste à observer les effets comportementaux de l’activation de populations spécifiques de neurones. L’une des approches les plus populaires pour contrôler l’activité neuronale dans les systèmes modèles est appelée optogénétique et dépend de l’expression de canaux microbiens photosensibles dans les neurones d’intérêt.
Ces canaux fonctionnent comme des interrupteurs sensibles à la lumière, allumant les neurones avec un flash de lumière, et sont disponibles depuis 2005. Un moyen critique de confirmer la fonction des populations neuronales serait de répéter l’expérience, mais cette fois en éteignant ou en faisant taire les mêmes sous-populations neuronales. Cependant, la communauté des neurosciences manquait d’un moyen rapide et puissant d’éteindre ou de faire taire les neurones – jusqu’à présent.
Des chercheurs du Centre des sciences de la santé de l’Université du Texas à la Houston McGovern Medical School, au Baylor College of Medicine, à l’Université Rice et à l’Université de Guelph, Ontario, Canada, ont signalé une nouvelle classe de canaux photosensibles qui promettent d’ouvrir la voie à une et un silence neuronal optique efficace.
Publié dans Neurosciences naturellesles chercheurs décrivent comment ils ont identifié les premières rhodopsines (KCR) à canal potassique (kalium) dépendant de la lumière naturelle.
“Un canal potassique activé par la lumière a longtemps été recherché comme silencieux neuronal, car la conductance potassique hyperpolarise naturellement et universellement les membranes neuronales, met fin aux potentiels d’action et ramène les neurones dépolarisés à leur potentiel membranaire au repos”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, le Dr John Spudich, Chaire de distinction Robert A Welch en chimie à la McGovern Medical School.
En utilisant un criblage systématique d’opsines non caractérisées (protéines qui se lient à des produits chimiques réactifs à la lumière) pour leurs propriétés électrophysiologiques, les chercheurs ont recherché un canal-rhodopsine avec une sélectivité potassique insaisissable à l’aide d’un criblage photocourant patch clamp de gènes codant pour l’opsine sans fonction connue exprimée dans HEK293 cellules.
“Notre stratégie de criblage met l’accent sur les opsines d’organismes qui diffèrent dans leur métabolisme et dans leurs habitats des organismes contenant de l’opsine précédemment étudiés, et par conséquent, sont plus susceptibles d’avoir développé différentes fonctions d’opsine adaptées à différentes pressions sélectives au cours de leur évolution”, Spudich a dit.
“Cette stratégie nous a conduit à deux gènes codant pour l’opsine du génome séquencé d’Hyphochytrium catenoides, un protiste non photosynthétique hétérotrophe semblable à un champignon, à la fois phylogénétiquement et physiologiquement éloigné des algues contenant les CCR sélectifs au sodium étroitement apparentés.”
“Nous avons constaté que les deux canaux-rhodopsines de H. catenoides – nous avons nommé HcKCR1 et HcKCR2, pour H. catenoides kalium channel-rhodopsins 1 et 2 – étaient, contrairement à tout autre canal-rhodopsine connu, hautement sélectif pour le potassium par rapport au sodium”, a déclaré le Dr Elena Govorunova, professeur agrégé au laboratoire Spudich et premier auteur.
“En particulier, le rapport de perméabilité (PK/PNa) de 23 fait de HcKCR1 un puissant outil d’hyperpolarisation pour supprimer le déclenchement des neurones excitables lors de l’illumination.”
Le laboratoire du Dr Mingshan Xue à Baylor et les laboratoires de la Fondation Cain, Jan et Dan Duncan Neurological Research Institute au Texas Children’s Hospital, ont ensuite testé ces nouveaux outils dans les neurones.
« Lorsque mon étudiant Yueyang Gou a exprimé HcKCR1 dans des neurones de souris et appliqué un flash de lumière, les neurones sont devenus électriquement silencieux. Ce canal surmonte de nombreuses limitations des inhibiteurs précédents et sera un outil essentiel pour nous aider à comprendre les fonctions cérébrales », a déclaré Xue, membre du corps professoral de Baylor et co-auteur de ce travail.
L’étudiant diplômé Xiaoyu Lu du laboratoire St-Pierre de l’Université Baylor and Rice a ensuite démontré que le silence pouvait également être obtenu en utilisant une excitation à deux photons, une technique populaire pour cibler des neurones individuels in vivo avec une résolution spatio-temporelle élevée.
“Le contrôle à deux photons des KCR peut permettre aux neuroscientifiques de déchiffrer quels neurones sont essentiels pour des comportements spécifiques et quand leur activité est importante”, a déclaré le Dr François St-Pierre, professeur adjoint en neurosciences à Baylor et boursier McNair, et co-auteur de ce travail.
« Ce travail est un merveilleux exemple de la façon dont les collaborations multi-institutionnelles à Houston produisent une recherche innovante. Houston est en train de devenir un lieu de choix pour le développement et l’application de neurotechnologies moléculaires de pointe », a déclaré St-Pierre.
À l’avenir, le groupe évaluera la capacité des KCR à faire taire les neurones in vivo et continuera à étudier leurs mécanismes biophysiques pour concevoir des variantes encore meilleures. À long terme, ils espèrent également que les KCR pourraient être utilisés dans le traitement des canalopathies potassiques telles que l’épilepsie, la maladie de Parkinson et le syndrome du QT long et d’autres arythmies cardiaques.
À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences
Auteur: Grace Gutiérrez
La source: Collège de médecine Baylor
Contact: Graciela Gutierrez – Collège de médecine Baylor
Image: L’image est dans le domaine public
Recherche originale : Accès fermé.
“Découverte de canaux potassiques photosensibles recherchés depuis longtemps : canaux de kalium naturels-rhodopsines” par John Spudich et al. Neurosciences naturelles
Résumé
Découverte de canaux potassiques photosensibles recherchés depuis longtemps : canaux de kalium naturels-rhodopsines
Nous rapportons des canaux photosensibles chez un protiste ressemblant à un champignon qui sont hautement sélectifs pour K+ sur Na+.
Ces canaux microbiens de rhodopsine, appelés kalium channelrhodopsins, permettent une inhibition robuste des neurones corticaux de souris avec une précision de la milliseconde.
De plus, les channelrhodopsines de kalium révèlent un mécanisme de sélectivité potassique jusqu’alors inconnu.
