La capacité de ressentir la chaleur protège le corps des brûlures et des blessures. Mais la façon dont le corps ressent réellement la température reste un mystère insaisissable.
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université Northwestern ont examiné en détail l'un des principaux capteurs de chaleur du corps, révélant comment il s'active lorsque la température augmente.
Ce capteur, appelé TRPM3, se trouve dans la membrane cellulaire, où il agit comme une petite porte. Lorsque TRPM3 détecte de la chaleur, il permet aux particules chargées, ou ions, de circuler dans la cellule. Cela déclenche des signaux nerveux que le cerveau interprète comme de la chaleur ou de la douleur. À leur grande surprise, les scientifiques ont découvert que la chaleur est détectée de l’intérieur – par la partie de la protéine TRPM3 qui se trouve à l’intérieur de la cellule, et non par la section intégrée à la membrane comme on le pensait auparavant.
Cette découverte révèle une nouvelle façon dont les cellules détectent la température et aide à expliquer comment le système nerveux distingue la chaleur inoffensive de la chaleur dangereuse. Étant donné que TRPM3 est également impliqué dans la douleur, l’inflammation et l’épilepsie, cette découverte pourrait conduire à de nouveaux types de traitements contre la douleur sans dépendance.
L'étude sera publiée vendredi (24 octobre) dans Nature Structural & Molecular Biology.
« La température est un facteur environnemental omniprésent qui affecte la façon dont nous percevons le monde », a déclaré Juan Du de Northwestern, qui a codirigé l'étude avec Wei Lü. « Cela affecte également la façon dont notre corps guérit et la progression des maladies. Comprendre comment la température est détectée au niveau moléculaire peut nous aider à concevoir de meilleurs traitements contre la douleur et l'inflammation. »
Du et Lü sont professeurs de biosciences moléculaires au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern, professeurs de pharmacologie à la Feinberg School of Medicine et membres de l'Institut de chimie des processus vitaux de Northwestern. Sushant Kumar, chercheur postdoctoral aux laboratoires Du et Lü, est l'auteur principal de l'étude.
Visualiser l'invisible
Parce qu’elle ne peut pas être vue ou suivie directement, l’étude de la chaleur est notoirement difficile. Les scientifiques étudient souvent les médicaments en les observant se lier aux protéines, mais la température n’a ni forme physique ni site de liaison.
Pour surmonter ce problème, les équipes de Du et Lü ont utilisé la microscopie cryoélectronique (cryo-EM) – une technique qui prend des milliers de photos de protéines congelées – pour créer des images 3D de TRPM3 avec des détails proches de l'atome. Ils ont également utilisé l’électrophysiologie, qui mesure les courants électriques traversant la protéine, pour observer le comportement de TRPM3 dans les cellules vivantes.
À l’aide d’un produit chimique qui imite la chaleur, les chercheurs ont capturé l’état « actif » de TRPM3. Ensuite, en utilisant un médicament contre l’épilepsie qui se lie à la protéine, ils ont capturé l’état « inactif ». La comparaison de ces structures a révélé quelles parties de la protéine se déplacent lors de l'activation. Cela a permis de comprendre comment le capteur réagit à la chaleur. L’équipe a ensuite imagé TRPM3 à basse et haute température, découvrant que les activateurs thermiques et chimiques déclenchent des réarrangements structurels similaires à l’intérieur de la protéine.
Un interrupteur intérieur
En combinant imagerie et enregistrements électriques, l’équipe a découvert que TRPM3 fonctionne comme un interrupteur moléculaire composé de quatre parties. Lorsque les régions intérieures de ces pièces restent étroitement ensemble, le capteur reste inactif. La chaleur ou un activateur chimique perturbe ces connexions, faisant passer la protéine à son état actif.
« Les activateurs thermiques et chimiques poussent le même interrupteur interne pour activer le canal », a expliqué Du. « En revanche, le médicament contre l'épilepsie bloque ce même interrupteur, l'empêchant de changer de forme. »
Étant donné que TRPM3 se trouve à la fois dans le cerveau et dans les neurones sensoriels de la peau, régler son activité pourrait aider à gérer la douleur chronique ou les troubles neurologiques.
« Lorsque TRPM3 devient hyperactif, cela peut provoquer de la douleur », a déclaré Lü. « En apprenant comment ce capteur détecte la chaleur et comment contrôler son activité, nous pourrions découvrir de nouvelles stratégies de soulagement de la douleur, plus sûres et moins susceptibles de provoquer une dépendance. »
L'étude, intitulée « Base structurelle de l'activation agoniste et thermique du nocicepteur TRPM3 », a été soutenue par les National Institutes of Health (numéros de récompense R01HL153219, R01NS112363, R01NS111031 et R01NS129804), un McKnight Scholar Award, un Klingenstein-Simon Scholar Award, une bourse de recherche Sloan et un Pew Scholar Award dans le Prix des sciences biomédicales.
