Une "coque" polymère pour préserver l'action des protéines
Publié par Redbran le 07/05/2018 à 12:00
Source: CNRS-INC
Une équipe de chercheurs franco-américains est parvenue à stabiliser l'activité de protéines hors de leur environnement natif en concevant une coque protectrice à base de polymères. Une prouesse qui résulte d'un travail collaboratif. Une équipe du laboratoire Ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) polymères (IMP CNRS/Université Lyon 1) a conçu le design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux...) du polymère constitutif de l'enveloppe protectrice. L'équipe du Pr Ting Xu de l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont le siège se trouve à Berkeley (Californie), comprenant dix campus situés dans l'État de Californie. Elle accueille 200 000...) (Berkeley) a dirigé ce travail et étudié l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) des protéines candidates. Et des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Northwestern (Illinois) ont effectué le calcul et la simulation en dynamique moléculaire (Une simulation de dynamique moléculaire consiste à calculer l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Ces simulations servent de modèles...). De nombreuses applications sont envisagées, notamment en nano et biotechnologies. Ces résultats sont parus dans Science.


Un polymère synthétique permet de solubiliser différentes protéines dans des solvants organiques tout en conservant leur activité biologique
@Cyril Frésillon/CNRS Photothèque

Préserver la fonction des protéines au sein des matériaux polymères pour détecter par exemple des pesticides ou des composants d'armes chimiques, c'est aujourd'hui possible. Jusque-là, les tensioactifs ou polymères utilisés pour transférer des protéines dans des solvants organiques impactaient significativement leur activité biologique quand elles étaient redispersées dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Résultat ? Moins de 20% de l'activité recherchée de la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine lorsque la chaîne...) tout au plus pouvaient être conservés sur une période de 24h. "Grâce à un long travail collaboratif (Le travail est souvent naturellement collectif et collaboratif, c'est-à-dire qu'il fait interagir plusieurs acteurs pour la réalisation de tâches qui visent à atteindre un but commun. La notion...) engagé avec les Etats-Unis fin 2012, nous avons réussi à développer une approche universelle qui permet de conserver la structure d'une grande variété de protéines et de préserver majoritairement leur activité", se réjouit Eric Drockenmuller, enseignant-chercheur au laboratoire Ingénierie des polymères (IMP CNRS/Université Lyon 1) et l'un des auteurs de la publication parue récemment dans Science (1).

Dans le but de préserver la fonction des protéines dans des environnements dénaturants comme les solvants organiques ou les polymères, l'équipe franco-américaine a eu l'idée de concevoir un polymère dont la structure et la composition calquent la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) des protéines.

Les chercheurs ont tout d'abord procédé à une analyse statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application...) de la surface de protéines-candidates dont ils ont identifié finement la distribution et la nature des fonctions (polarité et charge). Ils ont alors pu procéder à la synthèse de polymères qui miment cette composition et cette distribution et peuvent de fait interagir, s'y adsorber (se lier). Et donc en assurer une protection rapprochée tout en préservant leur activité. Au-delà, les résultats montrent que ce même polymère peut agir comme une molécule-chaperon universelle et protéger des protéines hydrophobes en solution aqueuse tout comme des protéines hydrophiles dans un solvant organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.).

Un large champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'applications est ouvert en nano et biotechnologies, parmi lesquelles la conception simple et efficace de matériaux hybrides polymères/protéines. A Berkeley, les chercheurs ont déjà réalisé la preuve de concept sur des nanofibres de polymère auxquelles ils ont intégré une protéine hydrolase protégée par une coque de polymères. Et donc capable d'assurer sa fonction de détection d'insecticides ou de composants présents dans des armes chimiques.

Références publication:
(1) Random heteropolymers preserve protein function in foreign environments. Brian Panganiban, Baofu Qiao, Tao Jiang, Christopher DelRe, Mona M. Obadia, Trung Dac Nguyen, Anton A. A. Smith, Aaron Hall, Izaac Sit, Marquise G. Crosby, Patrick B. Dennis, Eric Drockenmuller, Monica Olvera de la Cruz et Ting Xu. Science, 359, pages 1239-1243 (2018)

Contacts chercheurs:
- Erick Drockenmuller, IMP UMR5223, Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste français.)
- Ting Xu, Université de Californie (Berkeley)
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