Optogating : un nouvel outil optogénétique pour le contrôle optique de la signalisation neuronale – Optogating

L’optogénétique chimique est une technologie émergente dont les récentes applications révolutionnent le domaine des Neurosciences. En exprimant dans des neurones des canaux ioniques endogènes rendus artificiellement photosensibles, cette méthode permet de contrôler l’activité fonctionnelle du canal par la lumière. Actuellement, l’optogénétique pharmacologique est une branche de cette discipline qui consiste à contrôler l’activité d’un récepteur canal par un ligand covalement attaché à proximité de son site de liaison par le biais d’un commutateur photosensible de type azobenzène oscillant entre un isomère trans et cis. Selon la longueur d’onde d’excitation, l’azobenzène permet au ligand soit de rentrer dans son site actif et de déclencher l’ouverture du pore ionique soit, au contraire, de l’éloigner ce qui a pour conséquence de fermer le canal. Cependant, cette approche est techniquement exigeante, puisqu’elle nécessite la conception de ligands généralement sophistiqués, ciblant chaque site récepteur.
Nous avons récemment développé une stratégie alternative, appelée « optogating », dans laquelle la machinerie moléculaire d’activation du récepteur P2X2 a été modifiée par des commutateurs photosensibles versatiles de façon à ne répondre qu’à la lumière et non plus au ligand endogène (ici l’ATP), limitant ainsi les éventuels effets toxiques de l’agoniste endogène. Notre méthode ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour le contrôle optique de l'activité neuronale par des canaux endogènes qui ne détectent pas leurs signaux endogènes.
A ce jour, la preuve de concept de l’optogating n’a été faite que sur les récepteurs P2X2, qui représentent l'un des sept sous-types de récepteurs P2X. Cette famille émergente de canaux trimériques dont le ligand est l’ATP suscite un intérêt grandissant puisque des données récentes montrent l’implication des sous-types P2X4 et P2X7 dans les réponses inflammatoires de la microglie liée à différentes pathologies, comme les douleurs neuropathiques qui touchent environ 5 millions de personnes en France (soit ~ 8 % de la population française) et pour lesquelles il n’existe aucun traitement analgésique efficace. Par conséquent, la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents à ces douleurs à l’aide d’outils innovants est un défi majeur et permettra de franchir une étape décisive pour le développement de nouvelles molécules analgésiques efficaces dans ce type de douleurs chroniques.

Nous proposons dans ce projet d’étendre la méthode d’optogating à l’ensemble des sous-types P2X, ainsi qu’à d’autres récepteurs canaux et d’appliquer in vivo cette méthodologie sur des souris transgéniques exprimant l’outil optogating. La présente proposition rassemble des compétences de chimistes, biophysiciens et neurophysiologistes afin de développer des approches innovantes dans le but d’éclairer le rôle précis des récepteurs P2X dans leur environnement natif. Ce projet multi échelle ira de l’élucidation moléculaire du mécanisme de l’optogating jusqu’à des niveaux plus intégrés. Nos objectifs sont i) d’approfondir les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l’optogating ; ii ) d’étendre la stratégie de l’optogating à tous les sous-types de récepteurs P2X, en particulier aux récepteurs P2X4 et P2X7 ; iii ) en raison de sa polyvalence, d’étendre notre méthode à d'autres récepteurs canaux, comme les canaux ASIC ou les récepteurs GABA-A et nicotiniques ; iv) générer des souris transgéniques portant des récepteurs P2X activables spécifiquement par la lumière pour une application de la stratégie in vivo (souris OptoP2X). Ces travaux permettront in fine de mieux comprendre les voies de signalisation neuronale des récepteurs P2X dans des contextes normaux et pathologiques, mais également d’appréhender en détail les mécanismes moléculaires de l’ouverture de ces canaux, étape essentielle au développement d’inhibiteurs à visée thérapeutique.