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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Un instrument clé des neurosciences révèle un de ses secrets

Le traitement de l’information dans le cerveau repose sur l’activité électrique des neurones elle-même contrôlée par l’ouverture et la fermeture de canaux ioniques membranaires permettant le passage d’ions à travers la membrane des neurones. En induisant par manipulation génétique l’expression dans des cellules excitables (neurones ou cellules musculaires) de canaux ioniques activables par la lumière (notamment les canaux cationiques ChannelRhodopsin 1 et 2), il devient possible de contrôler par la lumière l’activité électrique de ces cellules et ce avec une excellente résolution spatiotemporelle. Ceci a été démontré dès 2003 et a fait de la ChannelRhodopsin2 (ChR2) un instrument clé de l’optogénétique dans le champ des neurosciences. En 2010, l’optogénétique a été désignée "Méthode de l’année" dans tous les domaines scientifiques et techniques par la revue de recherche interdisciplinaire Nature Methods.

Malgré l’importance extraordinaire de la protéine ChannelRhodopsin2, aucune structure à haute résolution de cette protéine n’avait été obtenue jusqu’à présent et les mécanismes fins du mode opératoire de ChR2 et des autres ChannelRhodopsins restaient très hypothétiques.

Dans ce travail, les chercheurs du groupe MEMBRANE de l’IBS et leurs collaborateurs ont utilisé une approche de cristallisation en phase lipidique pour déterminer à haute résolution la structure cristalline de ChR2 et d’un mutant (C128T) ayant une durée de vie à l’état ouvert plus longue. Ce travail a permis de mettre en lumière les mécanismes moléculaires de la Channelrhodopsin 2 et notamment de comprendre comment la photoisomérisation du rétinal, le chromophore présent dans cette protéine, contrôle l’ouverture au sein de cette même protéine d’un pore perméable aux ions. Ces travaux sont essentiels pour la conception dans le futur de meilleurs outils optogénétiques.

Structural insights into ion conduction by channelrhodopsin 2. Volkov O, Kovalev K., Polovinkin V, Borshchevskiy V, Bamann C, Astashkin R, Marin E, Popov A, Balandin T, Willbold D, Büldt G, Bamberg E, Gordeliy V. Science : Vol. 358, Issue 6366, pp. 1000-1001.