La structure de l'enzyme critique du point de contrôle de la qualité qui supervise la production de milliers de glycoprotéines sécrétées a été résolue grâce à un effort de collaboration fructueux chez Diamond Light Source. L'étude, récemment publié dans PNAS , ont découvert que l'enzyme avait une flexibilité surprenante qui lui permettait d'adapter sa conformation et de saisir ses glycoprotéines clientes.

Les glycoprotéines sont un type abondant de protéines auxquelles sont attachés des sucres appelés glycanes. Pour s'assurer que les glycoprotéines sont correctement repliées, ils doivent être scrutés par une enzyme de contrôle de qualité appelée UDP-glucose:glycoprotéine glucosyltransférase (UGGT). Incroyablement, l'enzyme a la capacité de vérifier et de détecter les défauts de repliement dans des milliers de protéines de toutes formes et tailles différentes, mais le mécanisme de cet exploit impressionnant n'a pas encore été révélé. Cette enzyme importante a été étudiée au cours des 25 dernières années, mais sa structure a échappé à tous ceux qui y ont travaillé jusqu'à présent.

Attiré par le défi, un effort concerté a été fait par des universitaires de l'Université d'Oxford et du Conseil national de la recherche d'Italie, avec le personnel de Diamond, pour enfin déterminer la structure et résoudre le mystère de cette enzyme énigmatique. La structure a été résolue à l'aide de la ligne de lumière de cristallographie macromoléculaire (I04-1) et de la microscopie cryoélectronique (EM) au Centre de bio-imagerie électronique (eBIC) de pointe, tous deux situés à Diamond.

L'équipe a vu que l'UGGT avait sept sous-unités plutôt que les quatre attendues de la séquence, et qu'il était très flexible. Ces qualités permettraient à l'enzyme d'être très promiscuité, car il pourrait adapter sa conformation pour s'adapter aux protéines qu'il vérifie. Ces découvertes fascinantes pourraient faciliter la conception de nouveaux inhibiteurs de l'UGGT qui pourraient altérer le repliement des virus pour traiter les infections ou pourraient libérer des protéines actives et pourtant retenues pour traiter des maladies congénitales rares.

Enzyme insaisissable

Les glycoprotéines constituent une énorme proportion de la teneur en protéines des cellules. La majorité des protéines sécrétées sont glycosylées et même des virus détournent cette voie pour se replier correctement afin de propager leur infection. Le régulateur critique de la qualité de repliement des glycoprotéines est l'UGGT, une enzyme de 170 kDa que l'on retrouve chez tous les eucaryotes, de la levure aux poissons en passant par les oiseaux et les mammifères. L'UGGT agit comme le gardien des glycoprotéines en signalant celles qui sont mal repliées et en empêchant leur libération prématurée du réticulum endoplasmique. Bien que l'UGGT soit répandu, sa structure et sa fonction ont échappé aux scientifiques pendant 25 ans. Sa promiscuité intrigante pour vérifier des milliers de glycoprotéines de différentes formes et tailles a attiré beaucoup d'attention.

Des scientifiques de l'Université d'Oxford, l'Institut des sciences de la production alimentaire et l'Institut de cristallographie du Conseil national de la recherche, Italie, avec une équipe de l'eBIC de Diamond, ils se sont lancés dans une étude structurelle révolutionnaire pour se plonger dans le fonctionnement interne de l'UGGT.

Scientifique principal de l'effort conjoint et chercheur à l'Université d'Oxford, Dr Pietro Roversi, a expliqué leur motivation :« Nous voulions savoir comment l'UGGT pouvait être chargée de vérifier l'exactitude des protéines repliées étant donné qu'elles sont toutes si différentes. Il existe des cibles très importantes de l'UGGT, y compris les protéines immunologiques et celles qui sont retenues dans les maladies congénitales rares.

UGGT résistant à la chaleur

L'une des raisons pour lesquelles la structure de l'UGGT avait échappé aux scientifiques pendant si longtemps était sa flexibilité. Pour surmonter cet obstacle, l'équipe a judicieusement choisi d'étudier une forme d'UGGT dérivée d'un champignon thermophile. Les protéines provenant de sources résistantes à la chaleur peuvent souvent être plus rigides, ce qui signifie que ce type d'UGGT était moins flexible et plus propice aux analyses structurelles que son homologue humain.

Alors que la structure cristalline a été résolue par le Dr Roversi à I04-1, une équipe d'experts de Diamond a travaillé simultanément à l'eBIC pour résoudre la structure cryo-EM.

Chercheur principal de l'étude et professeur de virologie à l'Université d'Oxford, Nicole Zitzmann a expliqué leurs conclusions :« Nous avons vu que l'UGGT était composée de plus de domaines que prévu, qui n'aurait pas pu être prédit à partir de la séquence seule. Il y avait sept domaines au total :un domaine catalytique, deux sandwichs et quatre domaines de type thiorédoxine. » L'une des plus grandes découvertes a été la grande flexibilité de l'UGGT, qui, si elle était altérée, empêchait l'enzyme de fonctionner. C'est cette flexibilité qui lui permet de s'agripper et d'adapter sa forme pour contrôler son grand nombre de protéines clientes.

Inhibition de l'UGGT

En plus d'approfondir nos connaissances de base sur le fonctionnement de cette importante protéine de contrôle de la qualité, l'étude pourrait donner naissance à de nouveaux inhibiteurs de l'UGGT. On espère que l'antagonisme de l'UGGT pourrait permettre de traiter des infections virales ou des troubles congénitaux rares du stockage des protéines. Une autre application importante pourrait être d'améliorer les systèmes d'expression des protéines dans les cellules eucaryotes, de sorte que le relâchement du contrôle exercé par l'UGGT pourrait augmenter les rendements en protéines sécrétées.

Le Dr Roversi a décrit les prochaines étapes de l'étude :« Nous voulons résoudre la structure en complexe avec des glycoprotéines clientes mal repliées, mais nous voulons aussi faire de la biologie cellulaire de base pour voir quelles glycoprotéines pathologiques les protéines UGGT ont le pouvoir de retenir dans le réticulum endoplasmique, afin que nous puissions déterminer dans quelles maladies cette enzyme est impliquée."