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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

De nouveaux canaux potassiques artificiels hautement sélectifs

Les canaux ioniques, formés de protéines, sont présents dans les membranes de toutes les cellules. Ils permettent le passage sélectif d’ions de part et d’autre de la membrane. Les canaux sélectifs au potassium jouent un rôle essentiel dans le bon fonctionnement du système nerveux. Les chercheurs de l’Institut Européen des Membranes (CNRS / ENSCM / Université de Montpellier) tentent recréer artificiellement cette fonction. Pour cela, ils ont assemblé judicieusement de petites molécules pour qu’elles s’organisent de manière à constituer le canal de transport. Ces travaux sont parus dans le Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemistry et Chemistry an European Journal.

 

Parmi les canaux ioniques qui assurent le passage des ions entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule, les canaux potassiques -sélectif au potassium- sont les plus répandus. Les organismes vivants qui n’en possèdent pas sont rares. De par leur structure particulière et leur extrême sélectivité aux ions potassium, de nombreuses fonctions cellulaires en dépendent, ces canaux jouent un rôle critique dans le système nerveux (potentiels d’action) et leur dysfonctionnement peut engendrer des arythmies mortelles. De nombreuses équipes cherchent à mieux comprendre l’extrême complexité de la constitution même de ces édifices ainsi que l’ensemble des fonctions qui sont mises en jeu. D’autres tentent de recréer artificiellement une fonction donnée de ces canaux ioniques, comme par exemple la séparation du sodium et du potassium par des processus chimiques.

Pour mimer l’action des canaux ioniques et moduler la perméabilité des cloisons cellulaires, une équipe de l’Institut Européen des Membranes a synthétisé des systèmes moléculaires et les a intégrés au sein des parois de cellules artificielles, analogues aux cellules biologiques (lipides, cholesterol, etc).

Dans la nature, le contrôle du passage à travers des barrières cellulaires est assurée par des protéines transmembranaires, grosses molécules (20-100 kDa(*)) complexes. L’approche innovante proposée par les chercheurs consiste à utiliser des petites molécules (~0.5 kDa), judicieusement construites pour qu’elles se fixent au bon endroit et s’organisent pour laisser passer uniquement certains ions. Ces systèmes moléculaires peuvent être décrits comme des canaux auto-organisés constitutionnels dynamiques où plusieurs molécules de même nature vont interagir entre elles de façon réversible pour s’ordonner en une architecture complexe qui va constituer le canal de transport. Même si ces molécules prises séparément sont extrêmement petites par rapport aux protéines-canal, auto-assemblées, leurs propriétés comme la vitesse de transport ou la sélectivité sont malgré tout comparables à celles des systèmes naturels.

Les chercheurs ont montré que la présence de chaînes insaturées ou de groupements à base de cholesterol ou squalene facilitait la croissance du canal dans la cloison cellulaire. Ils ont également constaté que les éthers couronnes montraient une efficacité particulière pour sélectionner préférentiellement le potassium par rapport à tous les autres ions monovalents testés (Li+, Na+, Rb+ et Cs+).

Même si de nombreux défis en terme de sélectivité restent à relever, ces résultats sur les canaux artificiels potassiques permettent d’envisager le contrôle des flux de transport à travers les membranes cellulaires dans des systèmes purement synthétiques, comme c’est le cas dans les canaux biologiques.

 

(*)kDa : kilo Dalton. 1 Dalton = masse d’un atome d’hydrogène.

 

barboiu
@ M. Barboiu

 

 

Références

A. Gilles & M. Barboiu

Highly Selective Artificial K+ Channels: An Example of Selectivity- Induced Transmembrane Potential

J. Am. Chem. Soc. 21 décembre 2015
DOI: 10.1021/jacs.5b11743

 

Z. Sun, A. Gilles, I. Kocsis, Y. M. Legrand, E. Petit & M. Barboiu

Squalene Crown-Ether Self-assembled Conjugates –an example of highly selective artificial K+-channels

Chem. Eur. J. 7 janvier 2016
DOI: 10.1002/chem.201503979

 

Z. Sun, M. Barboiu, Y.M. Legrand, E. Petit & A. Rotaru

Highly Selective Artificial Cholesteryl Crown Ether K+-Channels

Angew. Chem. Int. Ed. 6 octobre 2015
DOI: 10.1002/anie.201506430

 

Contact chercheur

M. Barboiu, Institut Européen des membranes - Montpellier

Courriel : mihail-dumitru.barboiu@univ-montp2.fr

T 04 67 14 91 95

 

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

13 avril 2016

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