Les protéines influencées par l'encombrement des cellules
Publié par Adrien le 07/05/2019 à 08:00
Source: CNRS INC

Des protéines modèles (superoxyde dismutase 1, en orange) dans un environnement moléculaire encombré, visualisées à l'aide de simulations moléculaires multi-échelles.
© Gnutt et al. 2019
Le degré de stabilité d'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques....) lui permet de conserver sa forme ou de se déformer si besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et les besoins...) pour remplir une fonction. Or l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) dans lequel ces protéines évoluent est très encombré, notamment de macromolécules, et les protéines sont donc soumises à de nombreuses interactions. Des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles...) physico-chimique (CNRS) ont montré que la prise en compte de ces interactions est indispensables pour comprendre les conséquences que peuvent avoir des mutations génétiques sur la stabilité des protéines. Ces travaux sont publiés dans la revue JACS.

De nombreuses mutations génétiques liées aux maladies affectent la stabilité des protéines, c'est-à-dire leur capacité à conserver leur forme et par suite leur fonction. Certaines protéines doivent aussi pouvoir modifier leur conformation (En chimie, la conformation d'une molécule est l'arrangement spatial des atomes qui la composent. Les molécules dans lesquelles les atomes sont liés chimiquement de la même façon, mais dans lesquelles l'arrangement...) pour remplir leur fonction, comme les enzymes qui se déforment au cours de la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en...), ou pour permettre la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) cellulaire. Or l'intérieur des cellules est un environnement extrêmement encombré, dont la majeure partie est occupée par diverses macromolécules. L'influence de cet encombrement sur la vie (La vie est le nom donné :) d'une protéine, en particulier sa stabilité, reste mal connue. Une équipe de l'Institut de biologie physico-chimique (CNRS) s'est ainsi intéressée à cette influence, pour mieux comprendre les conséquences des mutations.

En collaboration avec des collègues allemands, les scientifiques ont étudié une protéine modèle à l'aide d'une technique d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la...) à l'échelle de la molécule-unique supportée par une modélisation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition...) multi-échelles. Ils ont montré que des interactions sporadiques avec les macromolécules environnantes, appelées "interactions quinaires", peuvent amplifier ou inverser les effets de mutations ponctuelles sur la stabilité des protéines.

Plus 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...) de la protéine est en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec les biomolécules environnantes, plus le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...) de liaisons de la protéine est affaibli et moins la protéine est capable de garder sa forme. Une mutation qui vient significativement interrompre ou renforcer les interactions quinaires aura donc une influence sur la stabilité de la protéine. Ces interactions pourraient ainsi jouer un rôle dans les mauvais repliements de protéines ou les agrégations à l'origine de maladies comme la sclérose (La sclérose est une lésion élémentaire en pathologie dermatologique. Elle correspond à la rigidification anormale de la peau. Elle peut être localisée ou...) latérale amyotrophique. Ces résultats montrent qu'il est crucial de tenir compte des interactions quinaires dans les études des mutations et des maladies qu'elles engendrent. En outre, ils montrent une fois de plus la synergie décisive entre approche expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de...) et modélisation moléculaire (La modélisation moléculaire est un ensemble de techniques pour modéliser ou imiter le comportement de molécules.), dont le groupe de l'IBPC est expert.

Référence

David Gnutt, Stepan Timr, Jonas (JOnAS est un serveur d'application open-source (licence LGPL) multi-systèmes d'exploitation, et multi bases de données, permettant de bâtir aisément des services applicatifs métier. Il est adapté aux...) Ahlers, Benedikt König, Emily Manderfeld, Matthias Heyden, Fabio Sterpone, Simon Ebbinghaus.
Stability Effect of Quinary Interactions Reversed by Single Point Mutations
Journal of American Chemical Society - Février 2019
DOI: 10.1021/jacs.8b13025
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