Il existe de nombreuses études réalisées sur les RCPs utilisant des méthodes computationnelles. Nombre de ces études se sont intéressées à la liaison de ligand au sein du site orthostérique, ou à la liaison de modulateurs tels que les anesthésiques généraux, mais également aux changements conformationnels globaux ayant lieu dans la transition entre l’état de repos et l’état actif des récepteurs. Cette partie traitant des réorganisations structurales au cours des transitions allostériques, seule la deuxième catégorie d’étude sera abordée.
Les analyses par modes normaux du récepteur nicotinique α7, puis du récepteur GLIC, ont montré qu’une composante importante de la transition repos-actif était décrite par un mouvement de torsion ou « twist » des domaines extracellulaires des récepteurs. L’étude réalisée à partir des structures de GLIC a également décrit la composante de « un-blooming »
de l’ECD, indiquant que cette composante était vue avant le « twist », et pouvait ainsi représenter la première étape de la transition (Bertaccini et al., 2008; Cheng et al., 2006; Sauguet et al., 2014; Taly et al., 2005b).
Des simulations de dynamique moléculaire effectuées sur GLIC et le récepteur GluCl ont également décrit le twist et le un-blooming comme des composantes de la transition repos-actif (Calimet et al., 2013; Nury et al., 2010). Mais ces études ont mis en avant d’autres réorganisations au cours de cette transition, notamment l’importance des brins β1-β2 qui commencent en haut du domaine extracellulaire et terminent au dessus le l’hélice M2 du pore, formant la boucle 2. Les simulations réalisées permettent de proposer que la boucle 2 contribue à la communication entre la liaison du ligand et l’ouverture du pore, et remplit le rôle de « stabilisateur » de l’hélice M2, en position ouverte, en interagissant avec la proline 23’, située sur la boucle M2-M3. La boucle M2-M3 est quant à elle décrite comme effectuant un mouvement vers l’arrière lors de l’ouverture du pore. Ces prédictions sont en remarquable accord avec les observations faites à partir des structures de GLIC et du GluCl.
Une étude similaire effectuée sur le récepteur procaryote ELIC indique également que ce récepteur effectue un twist au niveau de son ECD lors de l’activation. Par contre, les résultats de cette étude n’indiquent pas de corrélation entre les mouvements de la boucle 2 et les hélices M2, et plus encore, le canal du récepteur n’est jamais ouvert, le diamètre minimum du pore ne s’élargissant pas à plus de ~1,4Å tout au long de la simulation. Cette « incapacité » du pore à s’ouvrir rappelle les structures obtenues d’ELIC par cristallographie qui montrent systématiquement un pore fermé quelque soit le ligand présent avec le récepteur (Cheng et al., 2009). Notons que ces observations sont paradoxales, l’activation du récepteur ELIC donnant bien lieu à des courants à la membrane (Zimmermann and Dutzler, 2011).
(le proton pour GLIC et l’ivermectine pour le GluCl) sont retirées instantanément du milieu et les simulations représentent ainsi la transition de désactivation des récepteurs. Dans le cas de GLIC, la fermeture des hélices est asymétrique et réalisée avant les mouvements de twist global. Notons que les mouvements au sein de l’ECD sont eux aussi asymétriques (Nury et al., 2010). A l’inverse, les simulations réalisées sur le récepteur GluCl après avoir enlevé l’ivermectine montrent d’abord un twist global, suivi du mouvement de la boucle M2-M3 et enfin, la fermeture du pore par le mouvement des hélices M2 (Calimet et al., 2013).
Figure 7.2 : Présentation des deux modèles de transitions établis par dynamique moléculaire. A : Modèle proposé par Calimet et al. sur le récepteur GluCl représentant la transition de désactivation du récepteur, après retrait de l’ivermectine (située dans le TMD) mais en laissant le glutamate (lié au sein de la poche orthostérique). B : Modèle proposé par Nury et al. sur le récepteur GLIC après retrait du proton (passage de pH4 à pH7). Les hélices et sandwichs " sont représentés par des cylindres, en couleur pleine dans leur conformation finale et en couleur transparente dans leur conformation initiale. Au sein du TMD les hélices sont colorées comme suit : M1 en bleu, M2 en rouge, M3 en vert et M4 en orange. (Calimet et al., 2013; Nury et al., 2010).
Différents travaux ont également été effectués afin d’élucider le « chemin » de transmission de l’information entre la liaison d’une molécule d’agoniste au sein de l’ECD et l’ouverture du pore au sein du TMD. En utilisant la technique de « Perturbation-based Markovian
Transmission » (PMT) Mowrey et al. proposent que l’information entre ces deux sites peut-être transmise par différents « chemins », mais préférentiellement à travers la boucle 2 ou alternativement par le pré-M1, région qui lie l’ECD au TMD. Les auteurs notent également que la transmission du signal via la boucle 2 peut se faire au sein de la même sous-unité ou entre deux sous-unités adjacentes, alors que la transmission via le pré-M1 n’est visible qu’entre deux sous-unités (D. Mowrey et al., 2013). Notons que la notion de chemin de transmission du signal est difficile à réconcilier avec les conclusions des analyses REFER présentées dans la partie 3.3. Ces dernières proposent en effet que différentes régions se réorganisent dans leur conformation active indépendamment les unes des autres.
Figure 7.3 : chemin de transmission du signal entre la liaison de l’agoniste et l’ouverture du pore. Six structures sont représentées montrant chacune un chemin possible suivant la perturbation initiale (sphère verte) située soit sur la boucle C (mutations F174 et D178, chemins b, d, e, f) soit sur le feuillet β (mutation D91, chemins a et c) tous deux localisés sur des structures formant la poche orthostérique. Extrait de (D. Mowrey et al., 2013).