Chaque fois que nous ressentons un léger tapotement sur la peau, des cellules nerveuses spécialisées convertissent cette force physique en un signal électrique que le cerveau peut interpréter comme un toucher. Alors que les scientifiques savent depuis longtemps qu'une protéine appelée PIEZO2 agit comme un capteur clé du toucher, on ne sait toujours pas pourquoi PIEZO2 est spécialisé dans les forces mécaniques localisées subies par les neurones sensoriels, alors que son proche parent PIEZO1 répond à des contraintes mécaniques plus larges telles que celles générées lorsque les cellules s'étirent, comme cela se produit dans les vaisseaux sanguins.
Aujourd’hui, une nouvelle étude de Scripps Research contribue à combler cette lacune. Les résultats, publiés dans Nature le 4 mars 2026, clarifiera comment PIEZO2 détecte des types spécifiques de force et expliquera pourquoi l'évolution a pu le sélectionner comme capteur principal du corps pour le toucher léger. Ce travail pourrait guider l’exploration future des troubles sensoriels liés aux mutations PIEZO2.
Le toucher est l’un de nos sens les plus fondamentaux, mais nous n’avons pas entièrement compris comment il est traité au niveau moléculaire. Nous voulions voir comment la structure de PIEZO2 façonne ce qu'une cellule peut réellement ressentir. »
Ardem Patapoutian, auteur co-sénior de l'étude et chaire présidentielle dotée, neurobiologie, Scripps Research Institute
Il est également chercheur au Howard Hughes Medical Institute.
En 2021, Patapoutian a partagé le prix Nobel de physiologie ou médecine pour avoir découvert PIEZO1 et PIEZO2 : des canaux ioniques, ou « portes » protéiques, intégrés dans les membranes cellulaires qui s'ouvrent en réponse à une force. Lorsque ces portes s’ouvrent, des particules chargées pénètrent dans la cellule, générant des signaux électriques qui nous permettent de ressentir le toucher, la position du corps et certains types de douleur.
Bien que PIEZO1 et PIEZO2 semblent presque identiques dans les modèles moléculaires, ils se comportent très différemment dans les cellules vivantes. PIEZO2 est particulièrement important dans le système nerveux somatosensoriel, le réseau de cellules nerveuses qui détecte le toucher. Ces cellules sont très sensibles aux petites empreintes, comme un léger tapotement sur la peau. En revanche, PIEZO1 répond plus facilement à l’étirement général de la membrane, par exemple lorsqu’une cellule est tirée ou gonflée, plutôt que de la piquer à un point spécifique.
Pour étudier la différence, l'équipe de recherche a utilisé la microscopie à super-résolution à flux de photons à fluorescence minimale (MINFLUX), avec le soutien d'imagerie fourni par le professeur Scott Henderson, qui dirige l'installation de microscopie de base de recherche Scripps, et la scientifique principale Kathryn Spencer.
Alors que d'autres techniques d'imagerie, notamment la microscopie électronique cryogénique (cryo-EM), ont capturé des images détaillées mais statiques de protéines PIEZO congelées qui servent de références pour la forme globale, MINFLUX permet aux scientifiques de suivre les positions et les mouvements des protéines dans les cellules avec une précision à l'échelle nanométrique. Pour rappel, un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre, soit environ 100 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain.
« Cryo-EM nous donne de magnifiques instantanés structurels, mais il ne peut pas nous montrer comment une protéine se déplace dans son environnement cellulaire natif », note le premier auteur et co-sénior Eric Mulhall, chercheur postdoctoral au laboratoire de Patapoutian.
« Ce que j'aime dans ce travail, dirigé par Eric Mulhall, c'est qu'il relie les découvertes à une gamme inhabituellement large d'échelles », ajoute Patapoutian. « C'est l'une des rares études que j'ai vues qui s'étend de la microscopie à super-résolution à l'échelle nanométrique jusqu'aux expériences ex vivo et in vivo, reliant les connaissances d'une seule molécule à la fonction physiologique. »
En utilisant MINFLUX et des enregistrements électriques mesurant le flux ionique, l’équipe a observé comment PIEZO2 changeait de forme lorsqu’une force était appliquée. Ces enregistrements électriques, réalisés par le deuxième auteur et scientifique Oleg Yarishkin, ont permis un lien direct entre les changements structurels de PIEZO2 et l'activité des canaux. L'équipe a découvert que PIEZO2 était intrinsèquement plus rigide que PIEZO1 et physiquement connecté (ou « attaché ») à l'échafaudage interne de la cellule, connu sous le nom de cytosquelette d'actine. Le cytosquelette est un réseau de fibres protéiques appelées filaments d'actine qui aident à maintenir la forme des cellules et à transmettre les forces.
L'attachement se produit via une protéine appelée filamine-B, qui relie les protéines membranaires aux filaments d'actine. Lorsqu'une cellule était percée, ce lien interne contribuait à transmettre la force à PIEZO2, rendant le canal plus susceptible de s'ouvrir. Cependant, un simple étirement de la membrane n’a pas activé PIEZO2 lorsque l’attache était intacte.
L'équipe a identifié la région spécifique où PIEZO2 s'est connecté à la filamine-B et a montré que la perturbation de cette connexion modifiait la façon dont le canal détectait la force. Dans les neurones sensoriels de souris, les cellules nerveuses responsables de la détection du contact, le retrait de l'attache a réduit la sensibilité de PIEZO2 à l'indentation et a permis de manière inattendue au canal de répondre à l'étirement de la membrane, un type de force qu'il ignorerait normalement.
« Nous avons été surpris de voir à quel point les deux canaux ont réagi différemment au même type de force », se souvient Mulhall. « L'étirement de la membrane se dilate et active PIEZO1, bien que nous ayons observé la réponse opposée dans PIEZO2. C'était une forte indication que ces canaux fonctionnent via des mécanismes distincts. »
Les résultats suggèrent que les cellules peuvent affiner leur sensibilité au toucher non seulement en choisissant le canal ionique à utiliser, mais également en contrôlant la manière dont ce canal est physiquement intégré dans une cellule. Étant donné que la filamine-B est largement exprimée dans les tissus, l’attache peut aider à adapter PIEZO2 pour enregistrer un toucher doux et quotidien. Comprendre ce mécanisme pourrait également faire la lumière sur ce qui se passe lorsqu’il est altéré.
Les mutations de PIEZO2 peuvent provoquer des troubles sensoriels affectant le toucher et la conscience corporelle, tandis que les mutations de la filamine-B sont associées à des troubles du squelette et du développement. En clarifiant la manière dont ces protéines interagissent, l’étude fournit un cadre plus clair pour interpréter ces découvertes génétiques et orienter les futures recherches sur la fonction sensorielle.
« Nos résultats changent la perspective sur la façon dont le toucher commence au niveau moléculaire », explique Patapoutian. « Les connexions physiques d'une protéine à l'intérieur d'une cellule déterminent les types de forces qu'elle peut ressentir. C'est une nouvelle façon de penser à la façon dont nous ressentons le monde qui nous entoure. »
