Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université Rice, dirigés par Jason Hafner, pourrait ouvrir de nouvelles voies pour comprendre comment le cholestérol influence les membranes cellulaires et leurs récepteurs, ouvrant la voie à de futures recherches sur les maladies liées à l’organisation des membranes. Cette recherche a été publiée dans le Journal de chimie physique.
Le cholestérol est l’une des molécules clés des biomembranes, des structures complexes composées de protéines et de lipides. Il joue un rôle crucial dans l’organisation de la membrane et influence le comportement des récepteurs qui y sont intégrés. Mais la compréhension de la structure et des interactions du cholestérol dans les biomembranes constitue depuis longtemps un obstacle pour les chercheurs.
« Notre percée pourrait avoir des implications importantes pour la compréhension des maladies liées à la fonction de la membrane cellulaire, en particulier le cancer, où l’organisation de la membrane est essentielle », a déclaré Hafner, professeur de physique, d’astronomie et de chimie.
Pour relever ce défi, le laboratoire de Hafner s’est tourné vers la spectroscopie Raman, une technique qui utilise la lumière laser pour disperser les molécules et produire des spectres vibrationnels détaillés, offrant de riches informations moléculaires.
Les chercheurs ont examiné des molécules de cholestérol intégrées dans des membranes et ont comparé leurs spectres observés avec ceux calculés à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité, une méthode généralement utilisée dans les calculs de mécanique quantique.
« Ce processus nous a permis d’observer les vibrations uniques de chaque molécule et d’en apprendre davantage sur leur structure », a déclaré Hafner.
L’équipe de recherche a calculé les spectres Raman de 60 structures différentes du cholestérol, en se concentrant sur la structure cyclique fusionnée unique du cholestérol et sa chaîne à huit carbones. Grâce à ce processus, les chercheurs ont découvert que ces structures pouvaient être regroupées en fonction de la façon dont la chaîne s’écartait du plan des anneaux, une découverte qui met en lumière des variations structurelles jusqu’alors inconnues.
Cette étude marque la première fois que des chercheurs mesurent directement les structures de la chaîne du cholestérol dans leur environnement membranaire naturel, a déclaré Hafner.
« Nous avons été surpris de constater que toutes les molécules de cholestérol d’un même groupe présentaient des spectres identiques à basse fréquence », a déclaré Hafner. « Cela nous a permis de simplifier l’analyse et d’adapter nos données expérimentales pour cartographier les structures des chaînes de cholestérol membranaires. »
Les autres auteurs de l’étude comprennent Kyra Birkenfeld, étudiante diplômée en physique de Rice, Tia Gandhi, étudiante de premier cycle en bio-ingénierie de Rice, et Mathieu Simeral, ancien étudiant diplômé de Rice et actuel associé postdoctoral à Weill Cornell Medicine.
Plus d’informations :
Kyra R. Birkenfeld et al, Structures conformationnelles du cholestérol dans les membranes phospholipidiques, Journal de chimie physique A (2024). DOI: 10.1021/acs.jpca.4c02860