Une nouvelle étude menée par des ingénieurs du MIT révèle comment un minuscule moteur protéique se déplace le long d'une autoroute cellulaire, transportant des marchandises et générant de la force. L'étude, publiée dans la revue Nature Communications, pourrait conduire à de nouvelles façons de traiter les maladies impliquant un dysfonctionnement des protéines motrices.
La protéine motrice, appelée kinésine-1, est responsable du transport de charges importantes dans toute la cellule. Il se déplace le long des microtubules, qui sont de longs et minces filaments qui forment le cytosquelette de la cellule. La kinésine-1 utilise l'énergie de l'ATP, la monnaie énergétique de la cellule, pour parcourir le microtubule, emportant avec lui sa cargaison.
L’équipe du MIT a utilisé une combinaison de pincettes optiques et d’imagerie à molécule unique pour étudier le mouvement de la kinésine-1. Ils ont découvert que la protéine effectue un mouvement de « main sur la main », en utilisant une tête pour se lier au microtubule tandis que l'autre tête se balance vers l'avant pour passer à l'étape suivante.
"Nous avons pu observer la protéine motrice suivre des étapes individuelles, ce qui n'a jamais été vu auparavant", explique l'auteur principal de l'étude, James Lockhart, postdoctorant au Département de génie biologique. "Cela nous a permis de mieux comprendre comment la kinésine-1 génère de la force."
Les chercheurs ont découvert que la kinésine-1 génère une force en pliant le cou. Lorsque le cou est plié, il tire la charge vers l'avant. L’équipe a également identifié un résidu spécifique sur le cou de kinésine-1, essentiel à la génération de force.
"Ce résidu est comme un cliquet", explique Catherine D. Fuh, auteure principale de l'étude et professeure agrégée de génie biologique. "Cela permet à la kinésine-1 d'avancer le long du microtubule, mais cela l'empêche de reculer. Ceci est important car cela garantit que la cargaison est transportée dans la bonne direction."
Les résultats de l'étude pourraient conduire à de nouvelles façons de traiter les maladies impliquant un dysfonctionnement des protéines motrices. Par exemple, des défauts de la kinésine-1 ont été associés à des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson. En comprenant le fonctionnement de la kinésine-1, les chercheurs pourraient développer des médicaments capables de corriger ces défauts et d’améliorer les résultats pour les patients.
"Notre étude apporte une nouvelle compréhension de la manière dont les protéines motrices génèrent de la force", explique Fuh. "Ces connaissances pourraient être utilisées pour développer de nouveaux traitements pour diverses maladies."
L'article, « Visualisation d'une seule molécule de la kinésine-1 marchant sur les microtubules », a été publié dans la revue Nature Communications le 11 juillet 2019. L'équipe de recherche comprenait James Lockhart, Catherine D. Fuh et Michelle A. Kinney du MIT; et John M. Scholey de l'Université de Californie à Davis.
La recherche a été financée par les National Institutes of Health et la Muscular Dystrophy Association.
