Au sein de la cellule, le calcium est un messager qui participe à de nombreuses fonctions de régulation et de contrôle, et une variation locale de sa concentration peut intervenir dans la contraction musculaire.

Le transport des ions calcium dans la cellule est assuré entre autres par une enzyme. capable de pomper le calcium, l'ATPase SERCA1a. Depuis les années 90, on sait que l'activité de SERCA1a est notamment régulée par un peptide, la Sarcolipine, dont on cherche depuis à comprendre le mode d'action.

En 2014, les chercheurs du Laboratoire des protéines et des systèmes membranaires au CEA-Joliot ont montré qu'un acide gras pouvait s'ancrer sur la Sarcolipine, dont on dit qu'elle est alors acylée. Cependant, le rôle de cette acylation demeure flou et les équipes du CEA-Joliot ont donc décidé de multiplier les approches pour mieux comprendre l'interaction de la Sarcolipine avec SERCA1a.

Une approche in silico a été mise en oeuvre avec des techniques de simulation numériques de la dynamique moléculaire du complexe formé par la Sarcolipine et SERCA1a dans un modèle de membrane ainsi qu'une méthode d'analyse permettant de révéler des changements conformationnels de SERCA1a. Ces travaux ont permis de proposer un scénario du mode d'action de la Sarcolipine sur SERCA1a. Ils ont ainsi prédit un effet dit à « longue distance » de la Sarcolipine qui modifierait de façon indirecte, via un réseau d'interactions, le positionnement d'acides aminés définissant le site catalytique de SERCA1a, site pourtant éloigné d'environ 25 angströms du site d'interaction de la Sarcolipine avec SERCA1a.

Parallèlement, une étude in vitro de l'effet de la Sarcolipine sur l'activité de SERCA1a a été entreprise. Pour de telles expériences, il était nécessaire de disposer de Sarcolipine acylée, or la molécule ne se laisse pas apprivoiser facilement. Il est en effet très difficile de la purifier à partir d'extraits cellulaires à cause notamment de sa faible abondance, de sa nature hydrophobe. Il est aussi très délicat de contrôler le niveau d'acylation in vivo, ces mécanismes cellulaires étant peu connus à ce jour. Une autre possibilité est de la synthétiser chimiquement, ce qui constitue un véritable défi du fait de son caractère hydrophobe renforcé par l'acylation. En collaboration avec l'équipe du CEA-Joliot, le laboratoire du Pr Ji-Shen Zheng de l'Université chinoise de Science et de Technologie de Heifei a réussi à synthétiser pour la première fois la Sarcolipine acylée.

Cette étape franchie, les chercheurs ont pu étudier l'effet de la Sarcolipine sur SERCA1a et analyser les étapes principales du cycle catalytique. Afin de contrôler parfaitement le système d'étude, SERCA1a a été produite dans des cellules dépourvues de Sarcolipine. L'équipe a pu ainsi confirmer l'effet de la Sarcolipine sur la fixation du calcium et montrer son effet modulateur sur l'activité de l'enzyme SERCA1a. Et comme l'étude in silico le prévoyait, les chercheurs ont pu démontrer l'effet à longue distance de la Sarcolipine sur SERCA1a. En ce qui concerne le rôle de l'acylation de la Sarcolipine, celle-ci n'est pas indispensable pour moduler l'activité de la pompe. Toutefois, des expériences préliminaires suggèrent qu'elle permettrait de réguler son association avec SERCA1a.

Il reste encore à confronter les travaux in silico à de nouvelles études utilisant la résonance magnétique nucléaire pour fournir des données structurales précises sur le comportement de l'acylation de la protéine dans la membrane et contribuer ainsi à mieux définir son rôle.