Des chercheurs aux États-Unis et en Allemagne viennent de découvrir une partie auparavant négligée des molécules de protéines qui pourrait être la clé de la façon dont les protéines interagissent les unes avec les autres à l'intérieur des cellules vivantes pour exécuter des fonctions spécialisées.

Les chercheurs ont découvert de minuscules morceaux de matériau moléculaire - qu'ils ont nommés "add-ons" - sur les bords extérieurs de l'interface protéique qui personnalisent ce qu'une protéine peut faire. Ils ont choisi ce nom parce que les modules complémentaires personnalisent l'interface entre les protéines de la même manière que les modules complémentaires logiciels personnalisent une interface Web avec un utilisateur.

Bien que l'on sache depuis longtemps que les protéines ont une région d'interface où elles se connectent avec d'autres protéines, on ne sait pas exactement comment les protéines clés sont capables de se trouver dans un environnement cellulaire surpeuplé qui peut contenir des dizaines de milliers d'autres protéines.

Maintenant, des chercheurs de l'Ohio State University et de l'Université de Ratisbonne rapportent dans le Actes de l'Académie nationale des sciences que ce sont les modules complémentaires qui permettent aux protéines de se connecter exclusivement avec le bon partenaire dédié.

Florian Busch, chercheur postdoctoral en chimie et biochimie à l'Ohio State et co-auteur de l'étude, a appelé l'existence d'add-ons de protéines "un principe de conduite fondamental jusqu'alors inconnu" pour s'assurer que les protéines interagissent de manières spécifiques.

Les chercheurs ont expérimenté avec des bactéries vivantes, démontrant l'importance des ajouts aux fonctions cellulaires normales. Par exemple, ils ont déterminé que dans l'organisme Bacillus subtilis , dans lequel un module complémentaire d'interface unique est manquant, les colonies de bactéries ont augmenté de 80 pour cent de moins dans certaines conditions. La raison en était que le module complémentaire d'interface manquant a conduit à des interactions croisées malsaines de protéines dans le B. subtilis cellules.

Il est difficile d'exagérer l'importance des protéines dans la vie telle que nous la connaissons. Les enzymes sont des protéines qui permettent des réactions chimiques dans les cellules. Les anticorps sont des protéines qui se lient aux envahisseurs étrangers dans le corps. La liste comprend des milliers de fonctions critiques. Dans la plupart des cas, les protéines doivent se connecter les unes aux autres et former des groupes appelés complexes protéiques pour effectuer des tâches aussi diverses.

Mais exactement comment les protéines sont capables de faire tout ce qu'elles font est un mystère, enraciné dans les mathématiques et la géométrie. Il existe 20 acides aminés connus qui se lient entre eux en longues chaînes puis se replient pour former des protéines. C'est le pli qui détermine la forme générique d'une protéine, ou la géométrie. Bien qu'il n'y en ait qu'environ 1, 000 géométries de protéines connues dans la nature, en quelque sorte, les protéines sont capables de former des complexes qui remplissent des centaines de milliers de fonctions très spécifiques.

Maximilien Plach, auteur principal de l'article et biochimiste à l'Université de Ratisbonne, a expliqué comment les chercheurs savaient où chercher pour résoudre le mystère.

"Beaucoup de travail a été consacré à l'analyse de la façon dont les protéines interagissent les unes avec les autres et à quoi ressemblent les interfaces, comment ils sont construits, et comment ils ont évolué, " at-il dit. "Mais les régions périphériques des interfaces n'ont pas reçu autant d'attention. Je pense que la nouveauté de notre approche était d'examiner les régions qui ont été, jusqu'à présent, considéré comme moins important."

L'équipe de Ratisbonne, dirigé par le biologiste informaticien Rainer Merkl et le biochimiste des protéines Reinhard Sterner, analysé les séquences protéiques dérivées de plus de 15, 000 génomes bactériens et archéens sur un grand cluster informatique. Ils ont trié des protéines qui partageaient des ancêtres évolutifs communs dans une sorte d'arbre généalogique, et comparé des protéines individuelles à leurs protéines « parents ». C'est ainsi qu'ils ont repéré des structures d'interface qui étaient présentes dans certaines protéines mais manquantes dans d'autres, les add-ons.

Busch et Vicki Wysocki, Ohio Eminent Scholar of Macromolecular Structure and Function et directeur du Campus Chemical Instrument Center de l'Ohio State, puis utilisé la spectrométrie de masse native pour détecter comment la présence et l'absence d'add-ons ont influencé la capacité des protéines à interagir les unes avec les autres.

« Nous sommes vraiment ravis que notre technologie native de spectrométrie de masse puisse aider à identifier le rôle de ces « add-ons » d'interface - un moyen pour une protéine de trouver sa protéine partenaire critique même dans un environnement cellulaire surpeuplé avec des structures similaires présentes, " a déclaré Wysocki.

à Busch, l'une des choses vraiment passionnantes à propos de l'étude était l'utilisation par les chercheurs des « données volumineuses » - dans ce cas, des bases de données complètes de protéines et de génomes.

"Je considère notre travail comme un exemple important de la façon d'utiliser des données accessibles au public afin de comprendre les principes fondamentaux de la nature, et je pense que l'exploration de données va devenir de plus en plus importante dans le domaine biomédical à l'avenir, " il a dit.