Une étude, dont les résultats intitulés «Crystal structure of a light-driven sodium pump» ont été publiés dans la revue Nature Structural & Molecular Biology, a permis de déterminer la structure moléculaire de la pompe ionique KR2, qui permet le transport des ions sodium chargés positivement à travers les membranes bactériennes hors de la cellule.

Comme, jusqu’à présent, «la structure atomique et le mécanisme d’action de KR2 n’étaient pas connus», l'étude ici présentée a commencé, grâce à des techniques de cristallographie à rayons X, par réaliser «la reconstitution 3D exacte» de cette structure, ainsi que de «la structure du complexe moléculaire qu’elle forme en conditions physiologiques», puisque la protéine KR2 s’associe dans notre organisme «à quatre autres KR2 pour former un complexe moléculaire pentamérique».

Parmi les caractéristiques originales de la structure de KR2, on peut citer «une partie hélicoïdale recouvrant l’entrée extracellulaire de la pompe, comme un couvercle», et la «structure inhabituelle de la cavité de chargement des ions du côté intracellulaire», qui «est inhabituellement large et en protrusion dans le cytoplasme par rapport à la surface de la membrane» et qui «pourrait agir comme un filtre à l’origine de la sélectivité de KR2 pour les ions sodium».

En vue de tester cette hypothèse, la structure de ce 'filtre' a été modifiée «en changeant les acides aminés spécifiques de ce site moléculaire par mutations ciblées». Il est ainsi apparu que «non seulement KR2 perd effectivement sa compétence vis-à-vis des ions sodium», mais également qu'une de ces mutations «transforme KR2 en pompe à potassium photosensible – une première du genre».

Cette découverte est particulièrement intéressante «pour des applications potentielles en optogénétique» puisqu'un «un neurone activé revient normalement à un état de repos en laissant sortir des ions potassium à travers des canaux ioniques dans sa membrane»: ainsi, «une pompe potassium KR2 mutée pourrait être utilisée pour 'éteindre' à volonté, grâce à des impulsions lumineuses, un neurone actif». L'intégration dans des neurones, de cette pompe KR2 modifiée en fait donc «un nouvel outil en optogénétique, champ de recherche à la croisée de l'optique et de la génétique».