Repliement de protéine - Définition

Techniques d'études du repliement de protéines

Études récentes du repliement avec une haute résolution en temps

L'étude du repliement des protéines a été très largement amélioré dans ces dernières années par le développement des techniques disposant d'une puissante résolution temporelle. Ce sont des méthodes expérimentales pour déclencher rapidement le repliement d'une protéine, puis observer la dynamique résultante. Les techniques rapides en usage large comprennent le mélange ultra-rapide des solutions, des méthodes photochimiques, et la spectroscopie de saut de température par laser. Parmi les nombreux scientifiques ayant contribué au développement de ces techniques, on trouve Heinrich Roder, Harry Gray, Martin Gruebele, Brian Dyer, William Eaton, Sheena Radford, Chris Dobson, Alan Fersht et Bengt Nölting.

Théorie du paysage d'énergie du repliement de protéine

Le phénomène de repliement de protéine fut principalement un effort expérimental jusqu'à l'énoncé de la théorie du paysage d'énergie par Joseph Bryngelson et Peter Wolynes à la fin des années 1980 et au début des années 1990. Cette approche introduit le principe de moindre frustration qui spécifie que l'évolution a sélectionné les séquences d'acides aminés dans les protéines naturelles de sorte que les interactions entre les chaînes latérales favorisent l'acquisition par la molécule de son état replié. Les interactions qui ne favorisent pas ce repliement sont identifiées comme telles et « désélectionnées », bien que de la « frustration » résiduelle soit attendue. Une des conséquences de la sélection de ces séquences par l'évolution est que ces protéines sont généralement censées avoir un processus de repliement au sein d'un « paysage d'énergie orienté » (selon l'expression de José Onuchic) qui pointe largement vers l'état natif. Cette direction de repliement du paysage d'énergie autorise la protéine à se replier vers l'état natif via n'importe lequel des chemins et des intermédiaires, plutôt que d'être restreint à un seul mécanisme. Cette théorie est appuyée par des simulations numériques de protéines modèles et a été utilisée pour la prédiction de structures et en conception de protéines.

Prédiction numérique de la structure tertiaire des protéines

Les techniques de novo ou ab initio pour la prédiction numérique de structures protéiques sont liées, mais distinctes, aux études sur le repliement des protéines. Le dynamique moléculaire (DM) est un outil important pour l'étude du repliement et de la dynamique des protéines in silico. En raison du coût numérique, les simulations de repliements par dynamique moléculaire ab initio avec de l'eau explicite sont limitées à des peptides et des très petites protéines. Les simulations DM de protéines plus grosses restent restreintes aux dynamiques sur la structure expérimentale ou sa structure non-repliée à haute température. Afin de simuler les processus de repliements longs (au-delà d'une microseconde environ), comme le repliement de protéines de petites tailles (environ 50 résidus) ou plus grosses, des approximations ou des simplifications des modèles de protéines doivent être introduites. Une approche utilisant des représentations réduites des protéines (des pseudo-atomes représentant des groupes d'atomes sont définis) et des potentiels statistiques ne sont pas seulement utiles dans l'optique d'une prédiction de structure protéique, mais sont aussi capables de reproduire les chemins de repliements.
En raison des plusieurs voies possibles de repliement, il peut exister plusieurs structures possibles. Une peptide constitué de seulement cinq acides aminés peut se replier en plus de 100 milliards de structures potentielles.

Techniques de détermination des structures de protéines

La détermination de la structure repliée d'une protéine est une procédure longue et complexe, impliquant des méthodes comme la diffractométrie de rayons X ou la RMN. Un des champs de plus grand intérêt est la prédiction des structures natives à partir des seules séquences d'acides aminés en utilisant la bio-informatique et des méthodes de simulations numériques.