Propriétés de diffusion ionique des canaux potassiques de fond

Ion permeation properties of background potassium channels

• Auteur / Autrice : Quentin Lelièvre
• Direction : Said Bendahhou
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LABORATOIRE DE PHYSIOMÉDECINE MOLÉCULAIRE
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Canaux Ioniques et Biominéralisation

Mots clés

Mots clés libres

Canaux K+

Sélectivité

Optogénetique

K+ channels

Selectivity

Optogenetics

Résumé

La diffusion rapide et sélective des ions au travers des canaux ioniques est essentielle pour l'homéostasie électrolytique, le développement et l'excitabilité cellulaire. Les mutations génétiques qui altèrent la sélectivité des canaux K+ sont liées à de graves troubles chez l'homme, démontrant à quel point la sélectivité du K+ est cruciale pour le fonctionnement cellulaire. Les canaux potassiques représentent une large famille de protéines qui régissent la perméabilité membranaire cellulaire aux ions K+ d'une manière très sélective. Leur forte sélectivité ionique pour le potassium était supposée statique, étant donné que son altération par des mutations génétique cause de sérieux troubles comme de l'ataxie, des arythmies cardiaques ou des adénomes surrénaliens. Cependant, il a été montré, pour le canal potassique TWIK1, que cette sélectivité peut être dynamique suite à une modification du canal, le rendant plus perméable à d'autres cations qu'au potassium. Les mécanismes moléculaires régissant la dynamique de la sélectivité ionique de TWIK1 sont pour le moment inconnus. Ils peuvent être liés à un lent changement conformationnel du pore ionique ou encore à la formation d'un pore aberrant au sein de TWIK1. Ce projet explorera la structure/fonction de ce phénomène que ce soit à l'échelle de la cellule entière ou du canal. Des techniques électrophysiologiques seront utilisées pour enregistrer les propriétés biophysiques d'un seul canal TWIK1. Étant donné qu'il n'y a aucun modulateur de ce canal disponible, des techniques d'optogénétique seront couplées à ces techniques dans le but de contrôler, de manière sélective et réversible, l'activité de TWIK1. Des études de mutagenèse seront également menées sur ce canal pour trouver les acides aminés critiques requis pour cette sélectivité dynamique.

The rapid and selective diffusion of ions through ion channels is essential for electrolyte homeostasis, cell development and excitability. Genetic mutations that alter the selectivity of K+ channels are related to severe disorders in humans, demonstrating how crucial K+-selectivity is for cell function. Potassium channels represent a large family of proteins that govern the permeation of K+ ions through cell membranes in a very selective manner. Their high ionic selectivity for potassium was thought to be static, as its alteration by genetic mutations causes serious disorders such as ataxia, cardiac arrythmias and adrenal adenomas. However, we have shown, for the potassium channel TWIK1, that this selectivity can be dynamic tuning this channel to be more permeant to other cations than K+. The molecular mechanisms governing dynamic ion selectivity of TWIK1 are as of yet unknown and may be related either to a slow conformational change of the ionic pore or due to the formation of an aberrant pore within TWIK1. This project will investigate the structure/function of this phenomenon both at the whole cell and at the single channel levels. Electrophysiological techniques will be used to record the biophysical properties of a single TWIK1 channel. As no selective drug is available, we will couple optogenetics to this technique in order to, selectively and reversibly, control TWIK1 activity. Mutagenesis studies will be also applied to this channel to investigate critical aminoacids that may be required for the dynamic selectivity.