Structures du TMC

Nature volume 610, pages 796-803 (2022)Citer cet article

31 000 accès

18 citations

263 Altmétrique

Détails des métriques

L'étape initiale de la voie de transduction sensorielle qui sous-tend l'audition et l'équilibre chez les mammifères implique la conversion de la force en déclenchement d'un canal de transduction mécanosensorielle1. Malgré les profonds impacts socio-économiques des troubles auditifs et l’importance biologique fondamentale de la compréhension de la transduction mécanosensorielle, la composition, la structure et le mécanisme du complexe de transduction mécanosensorielle sont restés mal caractérisés. Nous rapportons ici la structure de microscopie cryoélectronique à particule unique du complexe de transduction mécanosensorielle native de type canal transmembranaire 1 (TMC-1) isolé de Caenorhabditis elegans. Le complexe doublement symétrique est composé de deux copies de chacune de la sous-unité TMC-1 formant des pores, de la protéine de liaison au calcium CALM-1 et de la protéine transmembranaire de l'oreille interne TMIE. CALM-1 établit des contacts étendus avec la face cytoplasmique des sous-unités TMC-1, tandis que les sous-unités TMIE à passage unique résident à la périphérie du complexe, en équilibre comme les poignées d'un accordéon. Un sous-ensemble de complexes comprend en outre une seule protéine de type arrestine, la protéine du domaine de l'arrestine (ARRD-6), liée à une sous-unité CALM-1. Les reconstructions de particules uniques et les simulations de dynamique moléculaire montrent comment le complexe de transduction mécanosensorielle déforme la bicouche membranaire et suggèrent des rôles cruciaux pour les interactions lipides-protéines dans le mécanisme par lequel la force mécanique est transduite au déclenchement des canaux ioniques.

Le système auditif a une capacité remarquable à détecter une large gamme de fréquences et d’amplitudes d’ondes acoustiques en transduisant l’énergie mécanique vibratoire en dépolarisation potentielle membranaire suivie d’un traitement du signal dans les centres cérébraux supérieurs, permettant ainsi la sensation du son1. Un dysfonctionnement du système auditif dû à une blessure, à une agression environnementale ou à une mutation génétique est associé à une perte auditive liée à l'âge. La déficience auditive et la surdité touchent plus de 460 millions de personnes dans le monde, avec un coût annuel estimé de la perte auditive non traitée entre 750 et 790 milliards de dollars américains. L’entrée dans le système auditif et dans le système vestibulaire étroitement lié, comme pour les autres systèmes sensoriels, est initiée par l’activation des récepteurs sur les neurones périphériques. Malgré des recherches intenses sur plusieurs décennies, la composition moléculaire, la structure et le mécanisme du complexe de transduction mécanosensorielle (MT), le récepteur de la transduction mécanosensorielle, restent non résolus.

De multiples axes de recherche, issus d'études chez l'homme et sur des organismes modèles, notamment la souris, le poisson zèbre et C. elegans, ont mis en lumière les protéines qui forment le complexe MT et leurs rôles probables dans sa fonction2. Celles-ci incluent les protéines de liaison de pointe, la protocadhérine-15 et la cadhérine-23, qui, dans les cellules ciliées, transduisent la force dérivée du déplacement des stéréocils jusqu'à l'ouverture du composant du canal ionique du complexe MT3,4. TMC-1 et TMC-2 sont les sous-unités porogènes probables du complexe MT, des candidats qui ont pris de l'importance dans les études génétiques humaines5, et qui ont gagné du terrain plus récemment en tant que voie de conduction ionique via des investigations biophysiques et biochimiques6,7,8. . Des protéines supplémentaires, dont certaines peuvent être des sous-unités auxiliaires, ont été associées soit à la biogenèse, soit à la fonction du complexe MT et comprennent TMIE9,10,11, Ca2+ et la protéine de liaison à l'intégrine 212,13,14 (CIB2), la fusion HMGIC du lipome. comme la protéine 515,16,17 (LHFPL5), la O-méthyl transmembranaire transmembranaire18,19 (TOMT) et éventuellement l'ankyrine13.

L'isolement du complexe MT à partir de sources vertébrées ou la production d'un complexe fonctionnel via des méthodes recombinantes se sont jusqu'à présent révélés infructueux. La purification des complexes à partir de sources natives est particulièrement difficile en raison du petit nombre de complexes par animal, estimé à environ 3 × 106 par cochlée de mammifère20, un petit nombre comparé au nombre de photorécepteurs du système visuel, qui est d'environ 4 × 1014 par œil. dans mouse21. Pour surmonter les défis liés à la disponibilité du complexe MT chez les vertébrés, nous nous sommes tournés vers C. elegans, un animal qui utilise un complexe MT pour détecter des stimuli tactiles. Nous notons tout d'abord que C. elegans exprime des composants cruciaux du complexe MT des vertébrés, notamment les protéines TMC-1 et TMC-2, en plus d'un homologue CIB2 connu sous le nom de CALM-1, ainsi que TMIE13. Deuxièmement, les vers qui ne possèdent pas de TMC-1 présentent des réponses atténuées au toucher léger13. Troisièmement, malgré l’expression limitée de la protéine TMC chez C. elegans, il est possible de cultiver un nombre suffisant de vers pour isoler suffisamment de complexes pour les études structurelles. Nous avons donc modifié le locus tmc-1 de C. elegans en incluant un rapporteur fluorescent et une étiquette d'affinité, nous permettant ainsi de surveiller l'expression par fluorescence sur des animaux entiers et par chromatographie d'exclusion de taille par détection de fluorescence (FSEC) 22, et d'isoler le TMC. -1 complexe par chromatographie d'affinité. En collaboration avec des études informatiques, nous avons élucidé la composition, l'architecture et les interactions membranaires du complexe, et suggéré des mécanismes pour l'activation des pores du canal ionique par des interactions protéiques directes et via la bicouche membranaire.