Les protéines sont des machines moléculaires essentielles qui remplissent une vaste gamme de fonctions au sein des cellules. Ils jouent un rôle crucial dans tout, de la catalyse des réactions chimiques au transport de molécules et en fournissant un support structurel. Cependant, les mécanismes précis par lesquels les protéines accomplissent leurs tâches restent insaisissables, ce qui entrave les efforts visant à les manipuler à des fins thérapeutiques.
L'équipe de recherche, dirigée par la biochimiste et professeur de biologie moléculaire et cellulaire Jennifer Doudna, largement connue pour ses travaux révolutionnaires sur la technologie d'édition de gènes CRISPR-Cas9, a utilisé une technique appelée microscopie cryoélectronique (cryo-EM) pour capturer des détails. images de protéines en action. Cryo-EM permet aux chercheurs de visualiser des molécules biologiques dans leur état natif, sans avoir besoin de cristallisation ou d'autres techniques invasives.
En combinant la cryo-EM avec la modélisation informatique et les essais biochimiques, les chercheurs ont obtenu des informations à haute résolution sur les changements conformationnels dynamiques que subissent les protéines au cours de leurs cycles fonctionnels. Cette compréhension revient à capturer une série d’instantanés qui révèlent les mouvements et interactions complexes au sein d’une protéine alors qu’elle accomplit sa tâche désignée.
"Pour de nombreuses protéines, nous connaissons la structure, mais nous ne savons pas comment elles fonctionnent. En capturant ces mouvements dynamiques des protéines, nous pouvons maintenant commencer à comprendre comment les protéines fonctionnent au niveau le plus fondamental", a expliqué Doudna dans un communiqué.
Les chercheurs se sont spécifiquement concentrés sur une classe de protéines appelées nucléases guidées par l’ARN, impliquées dans l’édition et la régulation des gènes. Grâce à la cryo-EM, ils ont pu observer comment ces nucléases reconnaissent et se lient à des séquences d'ARN spécifiques, puis manipulent l'ARN de manière précise pour exécuter leurs fonctions cellulaires.
Cette compréhension détaillée de la dynamique et des mécanismes des protéines a des implications immédiates pour la conception de nouveaux médicaments et thérapies. En déchiffrant la chorégraphie moléculaire complexe des protéines, les scientifiques peuvent désormais les concevoir de manière rationnelle pour améliorer leurs fonctions bénéfiques ou supprimer leurs activités nocives. Par exemple, cette approche pourrait conduire au développement de protéines thérapeutiques plus efficaces, d’enzymes pour des applications industrielles et d’outils de diagnostic pour les maladies causées par un dysfonctionnement des protéines.
Les résultats de l'étude, publiés dans la revue Nature, représentent une avancée majeure dans la compréhension du fonctionnement des protéines et fournissent une boîte à outils puissante pour manipuler ces machines moléculaires au profit de la santé humaine et de la biotechnologie.
En conclusion, la percée réalisée par les chercheurs de l’UC Berkeley a révolutionné notre compréhension du fonctionnement des protéines au niveau moléculaire. En visualisant la dynamique et les mécanismes des protéines à l’aide de la cryo-EM, les scientifiques possèdent désormais les connaissances et les outils nécessaires pour concevoir et fabriquer des protéines aux propriétés adaptées, ouvrant ainsi de nouvelles voies aux interventions thérapeutiques et aux innovations technologiques.
