Canaux viraux channelrhodopsines 1 : Des canaux uniques pour l’optogénétique et la révélation des mécanismes de perméabilité ionique – OptoVCR

Le projet OptoVCR vise à révéler le mécanisme moléculaire de la perméabilité ionique des channelrhodopsines virales (VCR1) avec une précision inégalée, et à utiliser ces connaissances pour concevoir de nouveaux outils optogénétiques. Ces canaux ioniques VCR1 et plus particulièrement OLPVR1, exprimés dans le réticulum endoplasmique, déclenchent, en réponse à la lumière, des signaux calciques permettant le contrôle la contraction musculaire (Eria-Oliveira et al., 2024). La capacité de VCR1 à libérer du calcium sous l'effet de la lumière sans altérer les propriétés électriques de la membrane plasmique en fait un outil optogénétique potentiellement unique. Nous avons montré qu’OLPVR1 forme des cristaux bien ordonnés, permettant une résolution atomique de 1,1 Å, ce qui en fait une cible de choix pour le projet (Zabelskii et al., 2025). Des études de cristallographie aux rayons X dynamiques par XFEL et synchrotron (TR-SX), ainsi que des études spectroscopiques (UV-Vis et IR) temporelles, seront réalisées pour dévoiler les mécanismes de perméabilité ionique. Fort de ces résultats, nous développerons des variants de VCR1 présentant une sensibilité à la lumière et perméabilité calcique accrue seront développées. Ces VCR1s seront testées in vitro et in vivo afin de sélectionner les plus pertinents pour une utilisation en optogénétique. Le projet comprend trois volets interconnectés : l’étude structurale, l’étude fonctionnelle (y compris in vivo) et le développement biotechnologique. Les VCR1s seront cristallisés par le groupe de V. Gordeliy qui mènera les études TR-SX, tandis que le groupe de G. Sandoz réalisera des études électrophysiologiques sur les VCR1s modifiés. Le groupe de J. Wachtveitl analysera la photocinétique des VCR1 qui est nécessaire aux études TR-SX et interpréter les données structurales. Enfin, le groupe de T. Balandin sera responsable des constructions génétiques et de la production des VCR1s. Ces travaux devraient, pour la première fois, révéler en détail les mécanismes de perméabilité ionique des channelrhodopsines, et auront un impact majeur sur l’étude des voies de signalisation calcique, processus clé en biologie.