Comment les cellules évitent l'accumulation de métaux lourds

De nombreux métaux de transition tels que le cuivre, le zinc et le cobalt jouent un rôle majeur dans les processus biochimiques et sont donc essentiels pour l'activité métabolique et la survie des cellules. À l'inverse, le cadmium, le mercure et le plomb sont toxiques et perturbent certaines voies biochimiques, ce qui a poussé les cellules à développer des mécanismes au cours de leur évolution pour éliminer ces métaux de leur environnement intracellulaire.

Les métaux lourds sont transportés hors de la cellule par des ATPases transmembranaires de type P1B, qui utilisent l'énergie de l'ATP. Cependant, les mécanismes détaillés utilisés par ces machines moléculaires pour remplir leur rôle ne sont pas encore complètement compris.

Les chercheurs du projet P1BPUMPS (Structural and functional characterization of molecular nanomachines: principles of transition metal selectivity and transport in heavy metal P1B-type ATPases), financé par l'UE, ont utilisé une approche structurelle et biochimique multidisciplinaire pour obtenir des informations moléculaires sur la structure et la fonction de ces transporteurs. Ils ont réussi à exprimer et purifier des protéines recombinantes à partir de différentes espèces d'archées et de bactéries pour les caractériser sur le plan structurel, biochimique, biophysique et fonctionnel. Ils ont déterminé la sélectivité aux métaux d'un certain nombre d'ATPases de type P1B et étudié leur activité uniport ou antiport.

Le consortium a utilisé différentes techniques spectroscopiques pour identifier les sites de liaison des métaux et déterminer la géométrie de la liaison des métaux, ainsi que la chimique sous-jacente au déplacement des métaux. Par ailleurs, les chercheurs ont reconstitué les protéines purifiées dans des bicouches de lipides artificielles et utilisé des sondes fluorescentes pour surveiller les transports de métaux en temps réel.

Prises dans leur ensemble, les activités de l'étude P1BPUMPS ont révélé les principes moléculaires sous-jacents au transport de métaux au travers de membranes biologiques. De manière importante, la compréhension de la structure et de la fonction de ces pompes ATPases de type P1B seront utiles pour imaginer des modulateurs de leur activité.