Comment les interactions protéiques sont-elles apparues et comment se sont-elles développées ? Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont examiné deux protéines qui ont commencé à co-évoluer il y a entre 400 et 600 millions d'années. A quoi ressemblent-ils? Comment fonctionnaient-ils, et comment ont-ils changé au fil du temps ? Les résultats, Publié dans eLife , montrer comment une combinaison de changements dans les propriétés des protéines a créé de meilleures conditions pour la régulation d'un processus cellulaire.
"Nous voulons comprendre le processus par lequel une nouvelle interaction protéine-protéine émerge et évolue, " déclare Greta Hultqvist qui a codirigé l'étude avec Per Jemth au Département de biochimie médicale et de microbiologie, Université d'Uppsala.
La vie dépend des protéines; en particulier, comment les protéines interagissent entre elles. La plupart des processus cellulaires de base, sinon tous, dépendent d'interactions protéiques où une certaine protéine peut améliorer ou réduire une fonction cellulaire spécifique. Dans de nombreux cas, la même interaction protéique peut être trouvée dans les classes d'organismes des mammifères, à tous les phylums animaux ou même à tous les règnes de la vie.
Lorsqu'une interaction protéique est spécifique aux vertébrés, cela signifie que l'interaction a émergé à un moment important pour l'ancêtre vertébré. Cette interaction protéique a ensuite été préservée dans toutes les lignées évolutives issues de l'ancêtre vertébré et peut être observée chez tous les vertébrés actuels. En réalité, des protéines nouvelles et modifiées apparaissent continuellement dans les organismes par le biais de modifications génétiques, mais la plupart disparaissent. Cependant, certaines interactions protéine-protéine s'avèrent bénéfiques et de ce fait sont retenues par l'organisme.
Des protéines nouvelles ou modifiées pourraient former de nouvelles interactions avec des protéines existantes pour susciter une interaction protéine-protéine avantageuse. Cela s'est produit plusieurs fois au cours de l'évolution. Il est facile de comprendre que les interactions protéiques peuvent être bénéfiques pour un organisme et en tant que telles, elles sont conservées. Cependant, on en sait moins sur les détails moléculaires d'une telle évolution historique des protéines.
En analysant plusieurs séquences d'acides aminés de deux protéines en interaction provenant de différents organismes actuels, l'équipe a reconstruit des versions ancestrales des protéines présentes dans des espèces vivant il y a entre 400 et 600 millions d'années. On ne sait pas exactement à quoi ressemblait le plus ancien de ces ancêtres, mais on peut supposer qu'il s'agissait d'un petit animal à symétrie bilatérienne. Une lignée évolutive a conduit vers les poissons et par la suite vers le premier tétrapode. L'équipe a ressuscité des protéines de ces espèces et caractérisé leurs propriétés à l'aide de méthodes expérimentales et informatiques.
« Nous avons constaté que les protéines ancestrales interagissaient plus faiblement les unes avec les autres que les variantes des générations ultérieures. Les protéines ancestrales étaient probablement aussi plus flexibles en termes de structure que celles des générations ultérieures lorsqu'elles étaient liées ensemble. Une autre découverte frappante est que la force de cette protéine -l'interaction des protéines n'a pas changé au cours des 450 derniers millions d'années, ", explique Greta Hultqvist.
Les protéines étudiées par les scientifiques appartiennent à une classe appelée « protéines intrinsèquement désordonnées ». Cela signifie qu'à eux seuls, ils sont très flexibles et pourraient même exister en tant que chaîne étendue, contrairement à la plupart des protéines, qui ont une forme globulaire. Cependant, lorsque les protéines désordonnées se lient les unes aux autres, elles se replient souvent en une structure globulaire. Les interactions protéine-protéine entre des protéines intrinsèquement désordonnées sont très courantes et sont souvent impliquées dans la régulation cellulaire.
"Nos résultats mettent en lumière certains principes fondamentaux de l'évolution des protéines et peuvent être généraux sur la façon dont de nouvelles interactions protéine-protéine de protéines intrinsèquement désordonnées émergent et évoluent. Une interaction ancestrale faible et dynamique pourrait se transformer relativement rapidement en une interaction optimalement forte par des mutations génétiques aléatoires puis la sélection naturelle.La force de l'interaction est alors maintenue lorsque le groupe ancestral d'organismes se diversifie en de nouvelles espèces, " dit Per Jemth.
