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Le calcium est un élément vital pour notre santé. Si ses effets sur la solidité des os sont particulièrement connus, il a une fonction bien plus large dans le corps humain. Le calcium est un "messager" qui transmet des signaux entre les cellules et joue un rôle important dans les processus qui contrôlent l'expression des gènes dans les cellules immunitaires, la contraction musculaire, la transmission électrique dans le système nerveux et de nombreuses autres fonctions corporelles. Les changements anormaux des niveaux de calcium dans les cellules sont susceptibles d'entraîner diverses maladies, et c'est pourquoi un système de contrôle complexe qui régule les niveaux de calcium dans les cellules s'est développé au cours de l'évolution.

Le professeur Raz Palty, de la faculté de médecine Rappaport, a passé de nombreuses années à étudier un processus cellulaire central, appelé entrée de calcium par stockage, que presque tous les types de cellules utilisent afin de contrôler les niveaux de leurs réserves internes de calcium. Des recherches antérieures ont montré que deux protéines différentes, appelées STIM et Orai, jouent un rôle clé dans ce mécanisme. La protéine STIM détecte les niveaux de calcium dans les réserves internes de la cellule. Lorsque les réserves se vident, STIM communique cette information à Orai, qui est un canal d'entrée du calcium dans la membrane plasmique (cellule). L'ouverture du canal Orai par STIM permet l'entrée du calcium dans la cellule et la reconstitution des réserves cellulaires.

C'est ainsi que la fonction du système d'entrée du calcium par les réserves Orai-STIM fonctionne dans des conditions normales. Cependant, lorsque ce système de régulation cesse de fonctionner (par exemple en raison d'une mutation de perte de fonction de l'une des deux protéines essentielles), les conséquences cliniques peuvent être catastrophiques, notamment une atteinte grave à la fonction des lymphocytes T, qui sont un élément essentiel du système immunitaire.

"Le système de circulation du calcium dans la cellule fait l'objet de recherches depuis de nombreuses années", explique le professeur Palty, qui a mené ces recherches avec les docteurs Ronald Udasin et Elia Zomot. "Mais comme il s'agit d'un système très complexe qui génère différents signaux calciques dans différents types de cellules et qui fonctionne également avec d'autres mécanismes d'entrée du calcium, dans un environnement "bruyant", il est souvent très difficile d'étudier le rôle de cette machinerie cellulaire dans des conditions physiologiques normales, dans lesquelles les cellules sont exposées à leurs agonistes natifs."

Au cours des dernières années, le groupe de recherche du professeur Palty a travaillé sur ce défi, en utilisant diverses techniques de chimie, de biologie et de physique, en collaboration avec les groupes de recherche dirigés par le professeur Yuval Shaked de la faculté de médecine Rappaport et le professeur Michael Kienzler de l'université du Connecticut. L'article des chercheurs publié dans PNAS décrit la percée actuelle dans l'établissement d'une technologie qui permet un contrôle spatial et temporel précis de l'entrée du calcium via STIM et Orai.

La technologie présentée dans l'article est basée sur une nouvelle approche appelée photopharmacologie - l'activation par la lumière de médicaments qui bloquent l'entrée du calcium par les canaux Orai dans le tissu cible. Les chercheurs ont construit une forme de commutateur optique qui leur permet de contrôler le moment et l'endroit où les médicaments introduits dans l'organisme sont actifs, et ce de manière réversible. De cette manière, ils sont en mesure de contrôler le niveau d'afflux de calcium via le canal Orai dans la cellule et de le faire à l'endroit et au moment souhaités. Grâce à cette technologie, le groupe de recherche a réussi à moduler l'entrée de calcium dans les lymphocytes T et à réguler la production de cytokines qui sont cruciales pour le fonctionnement du système immunitaire.

En outre, dans une série d'expériences menées en collaboration avec un groupe de recherche dirigé par le professeur Alex Binshtok de l'Université hébraïque de Jérusalem, les chercheurs ont découvert que le mécanisme de navette calcique géré par le magasin Orai-STIM est également actif dans la sensation de douleur, ce qui signifie que sa manipulation pourrait faciliter une compréhension plus précise des mécanismes de transmission de la douleur. L'étude de suivi menée avec les groupes de recherche du professeur Michael Kienzler et du professeur Binshtok vise à permettre aux chercheurs de mieux comprendre ces mécanismes de régulation et d'élargir les applications cliniques de la technologie qu'ils ont mise au point.

Cette recherche a été financée par la National Science Foundation des États-Unis, la Science Foundation d'Israël, la chaire Cecile et Seymour Alpert de recherche sur la douleur de l'Université hébraïque, la Fondation scientifique binationale États-Unis-Israël et le Rappaport Family Institute for Research in the Medical Sciences du Technion.

Pour lire l'article complet dans PNAS, cliquez ici.