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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Etudes structurales et fonctionnelles de nouvelles rhodopsines microbiennes

Les rhodopsines microbiennes constituent une superfamille vaste et diversifiée de protéines membranaires photosensibles. Elles jouent un rôle majeur dans la capture de l’énergie solaire dans la mer et utilisent cette énergie pour effectuer la translocation d’ions à travers la membrane plasmique ou contrôler divers processus sensoriels ou enzymatiques. Les rhodopsines microbiennes ont également trouvé des applications essentielles en médecine dans le domaine des neurosciences, étant au cœur de l’optogénétique - la biotechnologie pour le contrôle optique des cellules et des tissus vivants. Le groupe Transport Membranaire de l’IBS étudie les propriétés fonctionnelles et structurales de nouvelles familles de rhodopsines. Récemment, les chercheurs ont obtenu les premières informations à haute résolution sur la famille des héliorhodopsines (1), démontrant que ces protéines sont probablement des photoenzymes uniques à l’architecture inhabituelle. Ensuite, ils ont déterminé le mécanisme moléculaire d’une pompe à sodium controlée par la lumière en résolvant la structure de la rhodopsine KR2 dans son état actif (2). Enfin, ils ont caractérisé deux membres du groupe 1 des rhodopsines virales (3). Ils ont montré qu’il s’agit de canaux sélectifs Na+/K+ activés par la lumière et inhibés par le Ca2+. Ils ont également résolu la structure de l’un d’entre eux à 1,4 Å. Leurs études ont donc révélé les caractéristiques fonctionnelles et mécaniques de clades distincts de rhodopsines microbiennes et apportent une base solide pour des recherches plus approfondies sur cette superfamille en expansion.

(1) High Resolution Structural Insights into the Heliorhodopsin Family. Kovalev K., Volkov D, Astashkin R, Alekseev A, Gushchin I, Haro-Moreno JM, Rogachev A, Balandin T, Borshchevskiy V, Popov A, Bourenkov G, Bamberg E, Rodriguez-Valera F, Bueldt G, Gordeliy V. Nature Communications 2020 Feb 25 ;11:2137.

(2) Molecular mechanism of light-driven sodium pumping. Kovalev K, Astashkin R, Gushchin I, Orekhov P, Volkov D, Zinovev E, Marin E, Rulev M, Alekseev A, Royant A, Carpentier P, Vaganova S, Zabelskii D, Baeken C, Sergeev I, Balandin T, Bourenkov G, Carpena X, Boer R, Maliar N, Borshchevskiy V, Bueldt G, Bamberg E, Gordeliy V. Nature Communications 2020 May 1 ; 11:2137.

(3) Viral Rhodopsins 1 : A Unique Family of Light-Gated Ion Channels. Zabelskii D, Alekseev A, Kovalev K, Rankovic V, Balandin T, Soloviov D, Bratanov D, Savelyeva E, Podolyak E, Volkov D, Vaganova S, Astashkin R, Chizhov I, Yutin N, Rulev M, Popov A, Eria-Oliveira AS, Rokitskaya T, Mager T, Antonenko Y, Rosselli R, Armeev G, Shaitan K, Vivaudou M, Büldt G, Rodriguez-Valera F, Kirpichnikov M, Moser T, Koonin E, Offenhäusser A, Bamberg E, Gordeliy V. Nature Communications 2020 Nov 11 2020 ;11(1):5707.

Contact : Valentin Gordeliy, chercheur CEA de l’IBS (Groupe Tansporteurs Membranaires)