BPS2026 - Canaux K2P sensibles à la rapamycine conçus

Les canaux potassiques K2P jouent un rôle critique dans le maintien du potentiel de membrane au repos, en conduisant des courants de fuite potassiques de fond à travers une gamme de types cellulaires. La modulation de l'activité des canaux K2P altere l'excitabilité cellulaire en dictant les seuils de déclenchement des potentiels d'action, contribuant au réglage fin des réponses physiologiques. Comme le répertoire de modulateurs K2P à haute affinité et sélectivité de sous-types est limité, nous avons créé un ensemble de canaux K2P génétiquement modifiés qui répondent à la rapamycine ou à des analogues de rapamycine non-immunomodulateurs. Pour ce faire, nous avons inséré le domaine FRB de mTOR dans une courte boucle cytoplasmique flexible qui relie les hélices TM2 et TM3 du canal K2P TREK1. Cette fusion TREK1/FRB était fonctionnellement indiscernable des canaux TREK1 WT mais montrait une activation multipliée par 8 après l'administration de concentrations nanomolaires de rapamycine. Nous démontrons que le renforcement induit par la rapamycine du canal TREK1/FRB nécessite le recrutement d'un partenaire de liaison FKBP, soit à partir du pool endogène de FKBP dans la cellule, soit via la fusion de FKBP à l'extrémité c-terminale de TREK1. Les propriétés électrophysiologiques de la fusion TREK1/FRB indiquent que la formation du complexe ternaire FRB/rapamycine/FKBP dans la boucle TM2/TM3 de TREK1 entraîne un mouvement conformationnel de l'hélice TM4 de TREK1 qui mime le passage de commande d'activation conventionnelle de TREK1. Des études structurales Cryo-EM démontrent que le positionnement du domaine FRB dans la boucle TM2/TM3 de TREK1 est flexible en l'absence de rapamycine mais devient rigide après formation du complexe ternaire FRB/rapamycine/FKBP, suggérant un mécanisme par lequel la liaison de la rapamycine entraîne des changements conformationnels qui contrôlent le canal TREK1. Nous montrons que cette approche de fusion FRB peut être généralisée pour activer avec succès plusieurs autres K2P, fournissant des outils ciblables chimiquement et génétiquement pour l'étude de la physiologie K2P in vivo et une nouvelle classe de DREADDs qui peuvent être utilisés pour manipuler le potentiel membranaire cellulaire.