Le contrôle de l’équilibre ionique est vital pour les cellules. Il est contrôlé par des canaux ioniques membranaires et des pompes, qui utilisent généralement l’énergie de l’ATP ou de la lumière. La rhodopsine microbienne (RM), pompe ionique pilotée par la lumière, est présente dans un certain nombre de micro-organismes. La RM peut pomper divers ions monovalents comme les ions Na+, K+, Cl-, I-, NO3-.
La halorhodopsine de la cyanobactérie Synechocystis sp. (SyHR), récemment découverte, pompe le chlorure. Le choix de cette pompe par les chercheurs du groupe Transporteurs membranaires de l’IBS s’explique par plusieurs raisons. Premièrement, les cyanobactéries sont inhabituelles, car contrairement aux autres bactéries, elles comprennent un organite et les pompes à Cl- des cyanobactéries n’ont pas été étudiées. Deuxièmement, contrairement aux organismes possédant les HRs les plus étudiées, la cyanobactérie vit dans de l’eau douce, et non dans une salinité élevée en Cl- et la manière dont la pompe assure une translocation efficace des ions est intrigante. Troisièmement, la SyHR est la seule RM caractérisée capable de transporter un ion divalent, pompant le sulfate (en plus du chlorure), avec un fonctionnement resté mystérieux.
Pour faire la lumière sur ces intrigantes spécificités fonctionnelles, les auteurs ont obtenu des structures de la SyHR dans son état fondamental, dans les états intermédiaires K et O, ainsi que dans sa forme liée au sulfate. Les données révèlent l’origine moléculaire des propriétés uniques de la protéine (liaison exceptionnellement forte des chlorures et des anions divalents tels que le sulfate) et éclairent le mécanisme de captation et de pompage des anions dans les halorhodopsines cyanobactériennes. Les propriétés uniques de la SyHR soulignent son potentiel en tant qu’outil optogénétique et offrent une base structurale pour concevoir de nouvelles pompes à anions.
Structural insights into light-driven anion pumping in cyanobacteria. Astashkin R, Kovalev K, Bukhdruker S, Vaganova S, Kuzmin A, Alekseev A, Balandin T, Zabelskii D, Gushchin I, Royant A, Volkov D, Bourenkov G, Koonin E, Engelhard M, Bamberg E, Gordeliy V. Nature Communications 2022 ;13:6460.
Contact : Valentin Gordeliy, chercheur CEA de l’IBS (groupe Transporteurs Membranaires)