L’étude fournit des informations révolutionnaires sur le passage des ions sodium à travers les canaux potassiques

La sélectivité ionique est une propriété importante des canaux ioniques de la membrane cellulaire. Par exemple, les canaux ioniques potassium sont plus perméables aux ions potassium qu’aux ions sodium. Le mécanisme sous-jacent au passage facile des plus gros ions potassium par rapport aux plus petits ions sodium reste insaisissable. Dans une nouvelle étude, les scientifiques montrent que les canaux potassiques ne sont pas aussi sélectifs qu’on le pense. L’étude démontre, pour la première fois, que les ions sodium peuvent traverser les canaux potassiques, quoique lentement.

Les membranes cellulaires contiennent des canaux qui permettent sélectivement aux ions d’entrer ou de sortir de la cellule. Dans un article récemment publié, des chercheurs de l’Université de Fukui et de l’Université de Kanazawa fournissent de nouvelles informations qui révisent la compréhension traditionnelle de la sélectivité réelle de ces canaux. Crédit d’image: Université de Fukui

Les membranes cellulaires de tous les organismes contiennent des canaux ioniques qui permettent aux ions d’entrer ou de sortir de la cellule, et ces canaux jouent un rôle extrêmement important dans les processus physiologiques fondamentaux tels que les battements cardiaques et la conduction rapide des signaux le long des neurones. Une propriété importante de ces canaux ioniques est leur conductivité sélective: ils permettent sélectivement le passage d’ions particuliers. Par exemple, les canaux potassiques permettent plus facilement le passage des ions potassium que le passage des ions sodium, malgré le fait que les ions potassium sont plus gros.

Actuellement, les mécanismes sous-jacents à la sélectivité élevée des canaux ioniques cellulaires restent flous.

La sélectivité ionique pose une question fondamentale pour comprendre le fonctionnement des protéines des canaux. »

Shigetoshi Oiki, Professeur, Université de Fukui

Aujourd’hui, grâce aux efforts conjoints d’une équipe de chercheurs de l’Université de Fukui et de l’Université de Kanazawa, dirigée par le professeur Oiki, la communauté scientifique est un pas de plus vers la compréhension de ces mécanismes. Dans une étude qui sera bientôt publiée dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Sciences des États-Unis d’Amérique, les scientifiques fournissent des informations révolutionnaires sur le passage des ions sodium à travers les canaux potassiques. Leurs résultats remettent en question l’hypothèse de longue date de la sélectivité stricte des canaux ioniques potassium, et peuvent même entraîner des changements dans les concepts scientifiques de base enseignés au niveau collégial!

Pour obtenir des informations empiriques sur le passage des ions sodium à travers les canaux ioniques potassium, les chercheurs ont mené des expériences avec une membrane cellulaire artificielle qui contenait un type de canal ionique potassium appelé KcsA qui permet aux ions potassium intracellulaires de sortir de la cellule. En analysant les courants électriques à travers le canal, les enquêteurs ont confirmé que les ions sodium pouvaient passer à travers le canal. La plupart des manuels de biologie indiquent que les canaux potassiques sont dix mille fois plus perméables aux ions potassium qu’aux ions sodium, mais les résultats expérimentaux ont démontré que la conductance des ions sodium à travers un seul canal était un quatre-vingtième de celle des ions potassium. Cela indique que les scientifiques ont considérablement surestimé la sélectivité du canal.

Les chercheurs ont ensuite travaillé avec des simulations informatiques du canal ionique potassium KcsA pour mieux comprendre le mécanisme de déplacement des ions potassium et sodium à travers le canal. Comme prévu, leurs modèles ont montré que plusieurs ions potassium pouvaient facilement traverser le canal ensemble via un chemin droit. Cependant, dans le cas des ions sodium, les modèles ont révélé un passage alambiqué, les ions sodium empruntant un itinéraire tortueux et difficile plein d’endroits où ils pourraient être temporairement piégés et s’éluant très lentement. Ces résultats de simulation aident à expliquer pourquoi les ions potassium traversent le canal cent fois plus facilement que les ions sodium.

Les résultats de l’équipe font plus que simplement clarifier les détails du fonctionnement des canaux ioniques de la membrane cellulaire.

Nous avons réfuté les hypothèses statiques de la sélectivité stricte du canal ionique potassium. Notre étude a démontré pour la première fois la perméation des ions sodium à travers un canal ionique potassium et son mécanisme atomistique.

Shigetoshi Oiki

En outre, les découvertes de l’équipe peuvent même avoir des implications importantes pour la recherche médicale en raison de l’existence de troubles des canaux ioniques, également connus sous le nom de «canalopathies», qui affectent des millions de personnes dans le monde.

Avec le temps, les résultats «canaliseront» la recherche dans des directions nouvelles et passionnantes, avec des ramifications importantes à la fois pour notre compréhension de la biologie fondamentale et notre capacité à traiter diverses maladies!