Une équipe de recherche des universités McGill et Vanderbilt décrit pour la première fois le mécanisme de transmission du calcium par les récepteurs ionotropiques du glutamate, mécanisme qui contribue aux processus cellulaires à l’origine de l’apprentissage et de la mémorisation
Dans une nouvelle étude, une équipe de recherche des universités McGill et Vanderbilt nous éclaire sur les origines moléculaires de certaines formes d’autisme et de déficience intellectuelle.
Pour la première fois, une équipe de recherche a pu produire avec succès des images à résolution atomique de la transmission rapide de l’influx calcique par le récepteur ionotropique du glutamate (iGluR). Du fait de leur capacité à transporter le calcium, les iGluR sont d’une importance capitale pour de nombreuses fonctions cérébrales, dont la vision et la transmission d’informations en provenance des organes sensoriels. Le calcium provoque en outre des changements au chapitre du pouvoir de signalisation des iGluR et des connexions nerveuses, facteurs cellulaires déterminants qui nous permettent d’acquérir des connaissances et de graver des souvenirs en mémoire.
Les iGluR jouent aussi un rôle majeur dans le développement du cerveau. On savait déjà qu’un mauvais fonctionnement de ces récepteurs, causé par des mutations génétiques, donnait naissance à certaines formes d’autisme et de déficience intellectuelle. Toutefois, des points fondamentaux demeuraient nébuleux en ce qui a trait aux modifications biochimiques que déclenchent les iGluR dans le cerveau en transportant le calcium.
Au cours de l’étude, l’équipe de recherche a pris des millions de clichés d’un iGluR en pleine action et a ainsi découvert, contre toute attente, l’existence d’une poche qui emprisonne temporairement le calcium à l’extérieur du récepteur. Forte de cette découverte, l’équipe a, grâce à des enregistrements électrophysiologiques à haute résolution, suivi la transmission de l’influx calcique vers la cellule nerveuse.
« L’importance de ces résultats tient au fait que, pour la première fois, il a été possible de décrire le mécanisme de transport du calcium, qui régit les processus cellulaires à l’origine de l’apprentissage et de la mémorisation », a indiqué Derek Bowie, auteur principal de l’Université McGill pour l’étude publiée dans Nature Structural and Molecular Biology et codirecteur du Groupe des systèmes de l’information cellulaire de l’École des sciences biomédicales de cet établissement.
Le mécanisme biologique mis au jour a été préservé au fil du temps non seulement chez toutes les espèces de mammifères, mais aussi chez des organismes qui ont emprunté une voie d’évolution différente de celle des êtres humains il y a plus de 500 millions d’années.
« Cette protéine a été tellement bien conçue dès le départ qu’il semble qu’elle n’ait pas eu besoin d’évoluer », conclut Derek Bowie.
« Grâce à la cryo-microscopie électronique, nous avons visualisé les minuscules ions et molécules d’eau dans le pore du canal, une expérience assez incroyable. Nous avons ainsi mis en lumière une poche ancestrale de fixation du calcium, dont nous avons pu mieux comprendre la fonction avec l’aide du laboratoire de Derek Bowie. Notre découverte revêt un caractère fondamental du point de vue de la signalisation calcique dans les neurones et soulève des hypothèses intéressantes au sujet de la fonction synaptique, qui pourraient être vérifiées lors de futures expériences », fait observer Teru Nakagawa, auteur principal de l’Université Vanderbilt et professeur au Département de physiologie moléculaire et de biophysique de l’École de médecine de cet établissement.
L’étude
L’article « The open gate of the AMPA receptor forms a Ca2+ binding site critical in regulating ion transport », de Teru Nakagawa, Derek Bowie et coll., a été publié dans la revue Nature Structural & Molecular Biology.