Dans une nouvelle étude à l’Université de Californie à Irvine, des chercheurs ont révélé l’impact des lipides natifs sur la signalisation et la régénération de la rhodopsine, ce qui pourrait inaugurer un nouveau paradigme pour la découverte de médicaments ciblant les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR).
Les GPCR sont des récepteurs de surface cellulaire qui répondent à une variété de stimuli pour activer les voies de signalisation à travers les membranes cellulaires. Tous les GPCR sont liés à la membrane et ont rarement été étudiés dans leur environnement membranaire natif. Des progrès récents ont donné des structures atomiques d’intermédiaires clés et des rôles pour les lipides dans la médiation de la signalisation. Cependant, la capture des événements de signalisation d’un récepteur de type sauvage en temps réel, à travers une membrane native jusqu’à ses effecteurs en aval, est restée insaisissable jusqu’à présent. Ces récepteurs représentent de loin la plus grande classe de cibles médicamenteuses, et un grand nombre de médicaments approuvés modulent leurs fonctions.
Dans cette nouvelle étude publiée aujourd’hui dans Nature, intitulé « Capture d’une cascade de signalisation du récepteur de la rhodopsine à travers une membrane native », les chercheurs, en utilisant la spectrométrie de masse, ont sondé l’archétype de la classe A GPCR, la rhodopsine, directement dans des fragments de membranes natives du disque. Ils ont surveillé la photoconversion en temps réel de la rhodopsine adaptée à l’obscurité en opsine, délimitant l’isomérisation par étapes de la rétine et l’hydrolyse de l’adduit rétine-opsine, découvrant en outre que la réaction est significativement plus lente dans son environnement membranaire naturel que dans les micelles détergentes artificielles.
« Les maladies humaines, allant du cancer aux maladies cardiovasculaires en passant par la cécité, sont toutes fortement impactées par la fonction des RCPG. En plus de l’analyse quantitative de la fonction de signalisation, cette nouvelle technologie a permis pour la première fois la détection directe de nouvelles cibles potentielles. de valeur thérapeutique pour le système visuel, au sein des membranes natives. Je suis convaincu que des travaux analogues seront effectués sur de nombreux autres systèmes GPCR « , a expliqué Krzysztof Palczewski, Ph.D., professeur Donald Bren d’ophtalmologie à l’École de médecine de l’UCI et co-auteur correspondant.
Considérant les lipides éjectés avec la rhodopsine des fragments de membrane dans le spectromètre de masse, les chercheurs ont pu démontrer que l’opsine peut être régénérée dans les membranes grâce à des conjugués rétiniens-lipides photoisomérisés, et obtenir des preuves d’une association accrue de la rhodopsine avec la phosphatidylcholine à longue chaîne insaturée. lors de la transduction du signal.
L’équipe a également capturé les étapes secondaires de la cascade de signalisation suivant l’activation de la rhodopsine. Surveillant l’activation lumineuse de la transducine (Gt) et la dissociation du diphosphate de guanosine (GDP) pour générer la protéine G apo trimérique intermédiaire, ils ont observé des sous-unités Gta.GTP interagissant avec la phosphodiestérase 6 (PDE6), présente dans les cellules photoréceptrices en cône et en bâtonnet, qui hydrolyse le seconde molécule messagère guanosine monophosphate cyclique (cGMP).
« En appliquant des composés ciblant la rhodopsine, nous avons montré comment ils stimulent ou atténuent la signalisation via les voies de signalisation rhodopsine-opsine et transducine », a déclaré Palczewski. « En utilisant des flashs lumineux instantanés, synchronisés avec des enregistrements sur un spectromètre de masse, nous avons pu capturer la cascade de signalisation et démontrer les rôles des lipides et des ligands dans la signalisation de la rhodopsine. Ce travail met en évidence de nouvelles opportunités pour la découverte de médicaments dans des environnements natifs et pourrait conduire à une nouvelle façon d’étudier la pharmacologie des récepteurs liés à la membrane. »
Siyun Chen et al, Capturant une cascade de signalisation du récepteur de la rhodopsine à travers une membrane native, Nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-04547-x