Pharmacologie optogénétique des nAChR. (A) Structures chimiques de ligands photochromiques attachables (LPA) et de ligands ayant servi à leur design. Le QBr est un agoniste photo-isomérisable utilisé sur le nAChR musculaire, structurellement analogue au BisQ (Figure 3D). Il possède une fonction bromoacétyl (orange) qui est réactive aux thiols. L'AC5 est un marqueur de photoaffinité aux propriétés agonistes ayant servi au design de MAACh, agoniste photo-isomérisable attachable. Le MG-624 est un antagoniste ayant servi au design du MAHoCh, antagoniste photo-isomérisable attachable. MAACh et MAHoCh possèdent tous les deux un groupement maléimide (orange) qui est réactif aux thiols ; (B) Structure tridimensionnelle du site agoniste du nAChR α4β2 (PDB ID : 5KXI) en complexe avec une molécule de nicotine (rouge). Le site agoniste est à l'interface entre la sous-unité principale α (grise) et la sous-unité complémentaire β (orange). Les cystéines vicinales (voisines) (bleu) sur la boucle C sont conservées sur toutes les sous-unités α du nAChR et sont engagées dans un pont disulfure. Ce pont peut être réduit par le DTT pour permettre l'ancrage covalent du QBr et la photo-activation du nAChR musculaire de type sauvage. La mutation ponctuelle des résidus E61, S113 ou R117 (jaune) en cystéine sur la sous-unité β2 ou β4 permet l'ancrage covalent du MAACh et la photo-activation des nAChR mutés. Seul le mutant E61C permet l'ancrage du MAHoCH et la photo-inhibition du nAChR. (C) Après attachement covalent sur le mutant E61C, le MAACh en configuration trans (dans le noir ou sous lumière verte) est dans l'impossibilité de positionner son groupement ACh dans le site agoniste, derrière la boucle C. Le récepteur reste donc fermé, mais fonctionnel, l'ACh pouvant s'y lier pour l'activer. Sous lumière violette, le MAACh passe en configuration cis recourbée, et son groupement ACh peut atteindre le site agoniste et photo-activer le récepteur. Le retour à l'état fermé se fait rapidement sous lumière verte, ou lentement à l'obscurité ; (D) Photo-régulation de l'activité des LinAChR par un LPA cis antagoniste (haut, MAHoCh) et d'un LPA cis agoniste (bas, MAACh). L'introduction d'une cystéine proche du site de liaison du ligand sur la sous-unité β sert de point d'ancrage au LPA. Le MAHoCh et le MAACh possèdent un groupement cystéine-réactif, le maléimide, qui permet d'attacher de manière covalente le LPA sur le récepteur, et ainsi de rendre le nAChR photosensible. En configuration trans, dans le vert ou à l'obscurité, le récepteur conserve son activité endogène, puisque le ligand du LPA est éloigné du site de liaison du ligand, ne modifiant pas l'activité naturelle du récepteur. Un flash de lumière violette est suffisant pour que LPA passe d'une configuration trans à cis, permettant d'amener le ligand dans son site de liaison, et donc de photo-inhiber le récepteur (haut, MAHoCh) ou de photo-activer le récepteur (bas, MAACh) ; (E) Photo-activation des nAChR par un LPA trans agoniste (QBr). Le QBr possède un groupement cytéine-réactif qui permet la liaison covalente du LPA sur les cystéines vicinales (réduites) des sous-unités α. Le passage d'une configuration cis à trans permet d'amener le ligand dans son site de liaison et de photo-activer le récepteur musculaire.