En 1970, Changeux isole le récepteur nicotinique de l’acétylcholine à partir de l’organe électrique de gymnote, le premier récepteur pharmacologique membranaire jamais isolé et cela grâce aux propriètés d’une toxine de venin de serpent. L’isolement du même récepteur à partir de l’organe électrique de torpille était rapporté quelque mois plus tard par Ricardo Miledi. L’amélioration des méthodes de purification développées dans le groupe lui permet de proposer que le récepteur est une protéine pentamérique, un résultat confirmé par la suite par l’équipe d’ Arthur Karlin. Le groupe de Changeux a été parmi les premiers à élucider la structure primaire des sous-unités du récepteur, en parallèle avec le groupe de Shosaku Numa et de Stephen Heinemann.
Au cours des années 1980 et 1990, les méthodes de biologie moléculaire qu’il a développées dans son laboratoire lui ont permis de déchiffrer les structures tertiaire et quaternaire de ce récepteur. Il a localisé le canal ionique au niveau du second segment transmembranaire, un résutat confirmé plus tard par les groupes de Shosaku Numa et de Ferdinand Hucho. Les déterminants moléculaires de la sélectivité ionique étaient aussi identifiés dans le même segment transmembranaire. La structure du site de liaison de l’acétylcholine et de la nicotine était identifiée comme une niche aromatique située à l’interface entre sous-unités adjacentes dans le domaine extracellulaire.
Les recherches de Changeux sur la structure du récepteur nicotinique ont culminé récemment avec la publication de la structure au niveau atomique d’un homologue bactérien du récepteur nicotinique dans la conformation ouverte, supportant l’idée d’une ouverture concertée et symmétrique du canal ionique.
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