​​La vitamine B12 est une molécule indispensable au fonctionnement du vivant. Elle agit comme un cofacteur organométallique*. On la retrouve dans de nombreux processus biologiques essentiels, aussi bien chez l'être humain que chez d'autres organismes. Il y a une dizaine d'années, des chercheurs ont montré, de façon plutôt inattendue, que les dérivés de la vitamine B12 sont utilisés par des bactéries pour détecter la lumière, au sein d'une grande famille de photorécepteurs (protéines sensibles à la lumière) jusqu'alors inconnue.

L'un de ces photorécepteurs, appelé CarH, sert de modèle pour comprendre le fonctionnement de la vitamine B12. CarH régule par exemple l'expression des gènes impliqués dans la protection des bactéries contre un excès de lumière solaire. Dans l'obscurité, il se lie à l'ADN et agit comme un "butoir moléculaire"​. Lorsqu'il est exposé à la lumière, son architecture tétramérique se désagrège de l'ADN, permettant l'activation des gènes protecteurs.

Toutefois, le fonctionnement moléculaire précis de ce photorécepteur et d'autres photorécepteurs à vitamine B12 est resté un mystère depuis lors. Afin d'élucider le fonctionnement moléculaire de CarH, un consortium international dirigé par l'Institut de Biologie Structurale (IBS, CEA-CNRS-Université Grenoble Alpes) a combiné plusieurs techniques expérimentales pour observer la structure des molécules avec une très haute résolution.

Après avoir déclenché la photoactivité de CarH, c'est-à-dire sa capacité à réagir lors de l'absorption de lumière, ils ont suivi en temps réel les changements structuraux du photorécepteur. De l'absorption initiale de la lumière, observable à l'échelle de la nanoseconde, jusqu'à la dissociation complète de la structure tétramérique, leur étude révèle une succession précise d'événements moléculaires qui sous-tendent son fonctionnement.

De façon inattendue, les chercheurs ont identifié un état intermédiaire transitoire correspondant à une forme provisoire adoptée par le photorécepteur au cours de la réaction. Cet état semble empêcher le photorécepteur de revenir à son état initial et l'orienter vers la poursuite de la réaction. Un tel mécanisme n'ayant jamais été observé dans les enzymes classiques à vitamine B12, il pourrait expliquer la capacité de ces photorécepteurs à détecter la lumière.

Comprendre le fonctionnement de CarH au niveau moléculaire permettra de modifier ce photorécepteur pour des applications biotechnologiques, telles que l'optogénétique, qui consiste à contrôler des processus cellulaires à l'aide de la lumière.

* une petite molécule contenant un ou plusieurs ions métalliques, nécessaire à une enzyme pour catalyser une réaction donnée