Les prions sont des agrégats de protéines auto-propagées qui peuvent être transmis entre les cellules. Les agrégats sont associés à des maladies humaines. En effet, les prions pathologiques provoquent la maladie de la vache folle et chez l'homme la maladie de Creutzfeldt-Jakob. L'agrégation de protéines de type prion est également associée à la neurodégénérescence comme dans la SLA. Les régions au sein des protéines de type prion qui sont responsables de leur agrégation ont été appelées domaines de type prion. Malgré le rôle important des domaines de type prion dans les maladies humaines, une fonction physiologique est restée énigmatique. Chercheurs du Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG), le Centre de biotechnologie de la TU Dresde (BIOTEC), et l'Université de Washington à St. Louis, Les États-Unis ont maintenant identifié pour la première fois une maladie bénigne, bien que fonction biologiquement pertinente des domaines prions en tant que capteurs de stress spécifiques aux protéines qui permettent aux cellules de s'adapter et de survivre aux stress environnementaux. Découvrir la fonction physiologique est une première étape essentielle pour combler une lacune dans la compréhension du rôle biologique des domaines prions et de leur transformation en un état pathologique pathologique.

Les découvertes ont été publiées dans Science .

L'agrégation de protéines de type prion est associée à des maladies humaines. Leur comportement infectieux est comparable à la propagation d'une infection virale. Cela soulève la question de savoir pourquoi l'évolution a conservé ces protéines :ces séquences sont-elles bonnes à quelque chose ? Dans leur étude, l'équipe autour du chef du groupe de recherche Prof. Simon Alberti du MPI-CBG s'est concentrée sur la protéine prion de levure Sup35, qui a une longue histoire en tant que modèle pour la recherche sur les prions. Ils ont découvert que le domaine prion de Sup35 agit comme un capteur de stress qui déclenche la formation de gouttelettes et de gels protecteurs de protéines lorsque les cellules sont exposées à des conditions difficiles.

Lorsque les cellules sont stressées, par exemple parce qu'ils sont privés de nutriments, leur niveau d'énergie baisse. Cela conduit à une diminution de la valeur du pH cytosolique - les cellules s'acidifient. En réponse, la division cellulaire s'arrête, le métabolisme s'arrête et les cellules entrent en mode veille. Quand le stress est passé, les cellules doivent reprogrammer rapidement leur métabolisme et redémarrer leur croissance et leur division. Le professeur Simon Alberti et ses collègues ont découvert que le domaine du prion Sup35 est important pour la survie au stress. "Nous avons constaté que les cellules dépourvues du domaine prion présentent un défaut de croissance lors de la récupération du stress", résume Titus Franzmann, le premier auteur de l'étude. Les scientifiques ont découvert que le domaine prion de Sup35 détecte le pH acide du cytosol, puis entraîne la formation de gouttelettes de protéines qui protègent Sup35 des dommages. "Pour stocker la protéine, les gouttelettes peuvent même avancer dans une structure semblable à un gel", déclare le co-auteur Marcus Jahnel du groupe de biophysique du professeur Stephan Grill au BIOTEC. Ces gouttelettes de protéines - qui se forment dans le cytoplasme de la même manière que les gouttelettes d'eau de condensation - peuvent se dissoudre à nouveau, permettant à la cellule de réutiliser la protéine Sup35 lors de la reprise de sa croissance. En outre, des collègues de l'Université de Washington à St. Louis ont prédit les séquences des acides aminés responsables des changements de détection de Sup35 dans la valeur du pH cytoplasmique. Dans ce contexte, Rohit Pappu, Edwin H. Murty Professeur de génie biomédical à l'Université de Washington, a noté que:"Découvrir les composants moléculaires qui confèrent ces capacités adaptatives de Sup35 a également des implications importantes pour comprendre les cellules au niveau moléculaire et adopter ces principes pour construire des systèmes synthétiques".

D'un point de vue évolutif, les condensats Sup35 sont vraiment intéressants, car ils sont conservés parmi des levures éloignées qui ont divergé il y a près de 400 millions d'années. Cela suggère que la formation de gouttelettes et de gel peut être une fonction ancestrale du domaine prion Sup35. Titus Franzmann conclut :« L'étude suggère que les domaines prions sont des capteurs de stress spécifiques aux protéines qui permettent aux cellules de répondre à des conditions environnementales spécifiques. De cette façon, nous avons pu montrer pour la première fois une fonction positive d'un domaine prion qui n'a souvent été associé qu'à des agrégats pathogènes. C'est peut-être la raison pour laquelle l'évolution les a gardés si longtemps."