Écoute et équilibre reposent sur une "poignée de main ferme" entre deux protéines de l'oreille interne

Les chercheurs de Harvard aux États-Unis ont décrit pour la première fois comment une liaison chimique ressemblant à une "poignée de main ferme" entre deux protéines de l'oreille interne est essentielle pour l'audition et l'équilibre. Ils espèrent que cette découverte mènera à de nouvelles recherches sur la perte auditive induite par le bruit et certaines maladies génétiques.
L’équipe, dirigée par David Corey, professeur de neurobiologie à la Harvard Medical School (HMS), et Rachelle Gaudet, professeur de biologie moléculaire et cellulaire à la faculté des arts et des sciences de l’Université Harvard, écrit dans le numéro en ligne du 7 novembre de La nature.

Liens Astuce

L'oreille interne contient des cellules ciliées qui convertissent les stimuli mécaniques tels que les mouvements de la tête et les sons en signaux neuronaux pour l'équilibre et l'ouïe. L'équipe de Harvard a mis au jour les caractéristiques d'une zone critique et vulnérable des cellules ciliées, une partie connue sous le nom de «lien de la pointe». Les maillons sont constitués de filaments protéiques minces ou de chaînes reliant physiquement les "cils" ou les poils des cellules ciliées.
Lorsque la tête bouge ou que des vibrations sonores pénètrent dans l'oreille, les cils bougent. Cela crée une tension dans les maillons, ce qui déclenche un processus qui envoie éventuellement des impulsions nerveuses au cerveau.
Corey, Gaudet et ses collègues ont réussi à cartographier la structure atomique tridimensionnelle des maillons d'extrémité et ont calculé la force nécessaire pour les séparer.
"Les liens de pointe sont absolument essentiels pour les cellules ciliées, et les cellules ciliées sont absolument essentielles pour l’écoute et l’équilibre", explique Corey dans un communiqué.
"Nous avons maintenant cette nouvelle compréhension de la manière dont le bruit peut casser un lien vers un conseil et causer potentiellement un problème auditif", ajoute-t-il.

Poignée de main ferme entre cadhérins

Les liens contiennent deux types de protéines appelées cadhérines qui se rejoignent au milieu pour former une longue chaîne.
Les mutations dans ces cadhérines entraînent souvent des troubles de l’équilibre et une surdité congénitale. D'après des études récentes sur ces protéines, les scientifiques ont proposé que leur assemblage soit probablement le premier à se rompre sous l'effet du stress.
L’équipe a donc décidé d’enquêter et a demandé à l’auteur, Marcos Sotomayor, chercheur postdoctoral au laboratoire de Corey, de tester cette idée.
Sa première étape consistait à synthétiser, purifier et cristalliser une grande quantité de protéines liées les unes aux autres.

L'équipe a ensuite pris de puissants rayons X des protéines cristallisées hautement ordonnées en utilisant un accélérateur d'électrons de 3000 pieds de long au Laboratoire national d'Argonne.
En analysant le diagramme de diffraction des rayons X après avoir traversé le cristal, ainsi que des données biochimiques, Sotomayor a pu créer une carte 3D complète de la structure chimique de la liaison entre les deux protéines. avec des détails jusque dans la position de chaque atome.
Cela a montré que les protéines s'empoignent comme une poignée de main où les mains se saisissent les poignets.

Interface de liaison non vue avant

L'équipe a également découvert que la poignée de main moléculaire n'était pas régie par le calcium, comme d'autres scientifiques des études précédentes l'avaient proposé, mais par une interface étendue et impliquée, jamais vue auparavant dans les liaisons entre les cadhérines.
À l’aide de superordinateurs et de la structure à trois dimensions, l’équipe a simulé la dynamique des protéines dans différentes conditions, par exemple en appliquant des forces différentes susceptibles de séparer la poignée de main.

Leurs calculs montrent qu'il ne faut que deux fois moins de force pour rompre le lien que pour déployer les protéines elles-mêmes, ce qui confirme que la liaison est effectivement la partie la plus faible du lien de la pointe.
Ils proposent que, bien que le maillon de la pointe soit suffisamment fort pour supporter un son normal, ce sera la première zone de la cellule ciliée à se briser sous les bruits forts.
Dans une autre partie de l’étude, les chercheurs ont découvert que certaines mutations des protéines de la cadhérine, connues pour produire la surdité, peuvent affaiblir la liaison, c’est-à-dire qu’elles produisent des bruits plus calmes.
L'équipe cherche maintenant à découvrir plus de choses sur la structure du lien de la pointe, comme par exemple lorsque les protéines se rejoignent avec des canaux ioniques activés par la tension au bout des cils.
Les fonds des National Institutes of Health, de la National Science Foundation et du Howard Hughes Medical Institute ont aidé à financer cette étude.
Écrit par Catharine Paddock PhD