Le récepteur de la ryanodine de type 1 (RyR1) est un canal de libération de calcium important dans les muscles squelettiques, essentiel à la contraction musculaire. Il assure la libération de calcium du réticulum sarcoplasmique, un organite de stockage du calcium dans les cellules musculaires, un processus vital pour la fonction musculaire. Les mutations du gène RyR1 peuvent affecter la fonction du canal de manières extrêmement contrastées, entraînant des maladies musculaires graves telles que l'hyperthermie maligne (MH) et la maladie du noyau central (CCD). La MH est une maladie héréditaire qui provoque une forte fièvre et des contractures musculaires en réponse aux anesthésiques par inhalation chez les patients présentant des variantes de RyR1 à gain de fonction. La CCD est l'une des myopathies héréditaires qui entraînent une faiblesse musculaire et une myopathie en raison de variantes de RyR1 à perte de fonction. Ces effets soulignent le rôle essentiel de RyR1 et le fonctionnement optimal des canaux calciques pour la santé musculaire.
Bien que les recherches récentes se soient concentrées sur la grande région cytoplasmique de RyR1, où se trouvent de nombreuses mutations associées à la maladie, le rôle spécifique du cinquième segment transmembranaire (S5) dans la régulation des canaux et la pathogenèse des maladies musculaires n'était pas bien compris. Heureusement, dans une nouvelle étude pionnière publiée le 18 septembre 2024, Biologie des communications Des chercheurs japonais ont comblé cette lacune en étudiant la manière dont les mutations du segment S5 du RyR1 contribuent à l'hypertrophie musculaire et à la maladie de Crohn. L'équipe de recherche, composée du professeur associé Takashi Murayama et du professeur associé Nagomi Kurebayashi de l'université Juntendo, du professeur associé Haruo Ogawa et de l'étudiant diplômé Yuya Otori de l'université de Kyoto, s'est attachée à comprendre comment les mutations S5 conduisent à des troubles musculaires.Le segment S5 est crucial pour la formation des pores dans le canal RyR1. Cependant, nous avons trouvé de nombreuses mutations associées à la maladie dans S5 rapportées dans la littérature, ce qui nous a motivés à étudier le rôle de Segment S5 dans la régulation du canal RyR1« , explique le professeur associé Takashi Murayama.
Les chercheurs ont utilisé des cellules HEK293 (une lignée cellulaire embryonnaire rénale humaine couramment utilisée) conçues pour exprimer des protéines RyR1 avec des mutations spécifiques. Ils ont mesuré la libération de calcium induite par la caféine pour évaluer les effets des mutations sur la dynamique de libération du calcium. De plus, ils ont surveillé les niveaux de calcium au repos dans le cytoplasme et le réticulum endoplasmique (RE) à l'aide de Fluo-4 AM (indicateur de calcium vert fluorescent) et de R-CEPIA1er (un indicateur de calcium génétiquement codé), respectivement.3H) Des tests de liaison à la ryanodine ont été réalisés pour évaluer l'affinité de liaison et l'activité des canaux RyR1. De plus, la plateforme de libération de calcium induite par dépolarisation (DICR) a été utilisée pour évaluer la libération de calcium dans le canal RyR1.
L'étude s'est concentrée sur les mutations dans les régions S5 et S5-S6 de RyR1, identifiant trois mutations liées à MH et huit associées à CCD. Pour les mutants MH, ils ont observé une sensibilité accrue à la caféine, des niveaux élevés de calcium cytoplasmique au repos et une réduction du calcium ER Les niveaux de ryanodine et les tests DICR ont confirmé une activité accrue du canal. En revanche, les mutants CCD ont présenté un phénotype de perte de fonction, marqué par une sensibilité réduite à la caféine, une libération minimale de calcium, une liaison à la ryanodine supprimée et un DICR réduit. Notamment, certains mutants CCD n'ont affiché aucune activité de canal détectable malgré une expression confirmée, indiquant une fonction de canal gravement altérée. La structure du canal RyR1 et les mutations mentionnées peuvent être visualisées dans une vidéo créée par les auteurs sur YouTube.
Les résultats ont ensuite été interprétés par rapport aux structures RyR1. Les chercheurs ont identifié plusieurs interactions potentielles entre les résidus responsables des mutations associées à la maladie et les autres segments transmembranaires. L'importance de ces interactions a notamment été validée par la mutation des partenaires d'interaction. Soulignant les résultats de leurs recherches, le professeur associé Haruo Ogawa mentionne : «Nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation du RyR1, dans lequel le segment S5 joue un double rôle dans la régulation des canaux, et avons élucidé les mécanismes moléculaires des altérations des canaux par des mutations associées à la maladie.«
Cette étude clarifie la manière dont les mutations du gène S5 affectent la fonction des canaux, améliorant ainsi la compréhension de la signalisation calcique dans la physiologie musculaire. Expliquant les implications potentielles de leurs recherches actuelles, les professeurs associés Murayama et Ogawa partagent : «Nos résultats de recherche fournissent de nouvelles perspectives pour le développement de nouveaux médicaments pour guérir les maladies musculaires causées par les mutations RyR1.«
Nous espérons certainement que cette étude ouvrira la voie à une révolution dans la gestion des troubles musculaires graves.
