La spectroscopie de fluorescence pour détecter les changements de conformation en canaux unitaires

Abstract

Les canaux potassiques prennent part à un grand nombre de processus physiologiques de l'organisme humain et constituent ainsi une cible importante pour les médica-ments. Une bonne connaissance de la structure et des mécanismes moléculaires de ces protéines permet de mieux comprendre les maladies causées par une mutation de leurs gènes (par exemple le syndrome du « long QT », l'ataxie épisodique ou l'épilepsie) et de concevoir des médicaments plus efficaces et spécifiques pour traiter ces maladies. Les canaux potassiques sont des protéines membranaires formées de quatre sous-unités générale-ment identiques et pouvant céder le passage aux ions K + à travers la membrane cellulaire en réponse à un stimulus précis, le voltage, le pH ou un ligand spécifique (Figure 1A). Les canaux potassiques sensibles au voltage sont responsables entre autres de la signalisation électrique du système nerveux central. Ces canaux sont étudiés intensivement à l'échelle moléculaire afin de mieux comprendre les effets de leurs conformations sur leurs fonctions. De nombreuses études tendent à démontrer que les quatre sous-unités qui forment le pore s'ouvriraient simultané-ment, donc de façon coopérative [1,2] (Figure 1B). Le pore étant cependant relié à des régions du canal sensibles au potentiel électrique, il reste à déterminer si le pore même, indépendamment de tout autre structure qui lui serait liée, peut agir de manière coopérative. Afin d'étudier la question en l'absence des régions extérieures du pore, nous avons examiné le canal potassique bactérien KcsA [3] (Figure 1A), dont la structure minimale ne comporte que la région du pore et dont l'ouverture est modulée par le pH. Vu le haut degré de similitude de la structure tridimensionnelle du pore des canaux potassiques procaryotes et eucaryotes, ce canal ionique est souvent utilisé comme protéine modèle dans l'étude du passage des ions K + . Chacune des quatre sous-unités de KcsA est composée de deux hélices transmembranaires formant le pore ou la voie de passage des ions K + . Le canal s'ouvre lorsqu'il y a élar-gissement de la voie de passage des ions dans la région du helical bundle crossing ( Figure 1A) du côté intracellulaire de la protéine. Notre étude vise donc à mieux comprendre la coordination de l'ouverture des sous-unités dans la région intracellulaire. La spectroscopie de fluorescence pour mesurer l'ouverture et la fermeture d'un canalNous avons choisi de décrire le mouvement molécu-laire de quatre sous-unités identiques à l'aide de la