Pendant des années, un problème non résolu harcelé au chercheur de l'Université d'Alabama à Birmingham Chad Petit, doctorat Il s'agissait d'un phénomène biologique important appelé allostère, une méthode fondamentale de régulation enzymatique qui est cruciale dans les cellules vivantes.

En allostère, un ligand se lie à une partie de l'enzyme, et cette liaison active ou désactive le site actif de l'enzyme. Étant donné que le site de liaison au ligand et le site actif sont situés à différentes parties de l'enzyme, il doit y avoir un mécanisme biophysique reliant les deux changements.

La première observation de ce qui allait devenir plus tard l'allostère concernait l'hémoglobine, la protéine qui transporte l'oxygène dans le sang. Christian Bohr, il y a plus d'un siècle, ont découvert que la présence de dioxyde de carbone modifiait l'affinité de liaison de l'hémoglobine pour l'oxygène.

Petit, maintenant professeur adjoint de biochimie et de génétique moléculaire à l'UAB, avait travaillé à l'UNC-Chapel Hill sur un domaine protéique d'une protéine plus grosse qui est importante pour la fonction des synapses nerveuses, avec Anthony "Tony" Law, étudiant diplômé de l'époque, MARYLAND., doctorat Leur intérêt était de comprendre comment l'énergie pouvait se propager à travers une protéine en l'absence de tout changement de structure discernable.

Dans une année pionnière en 2009 PNAS papier, Petit a découvert que l'élimination d'une petite partie du domaine protéique - une chaîne alpha hélicoïdale d'acides aminés - provoquait une diminution de 25 fois de la liaison. Cette délétion était destinée à imiter la phosphorylation du domaine PDZ3. Le mécanisme déterminé pour conduire cette diminution semblait être des changements globaux dans les mouvements des chaînes latérales sans aucun changement apparent dans la structure du domaine protéique PDZ3. C'était l'un des premiers cas clairs de ce que l'on appellerait « l'allostère dynamique ».

Mais il y avait un paradoxe, une question sans réponse qui rongeait Petit même après qu'il soit passé à l'étude d'une protéine de la grippe à l'UAB. Cette protéine de suppression de l'hélice alpha était 10 pour cent plus petite que la PDZ3 native, elle aurait donc dû dégringoler plus rapidement que la protéine native. Mais des expériences biophysiques ont montré qu'il avait un taux de chute presque identique à celui du PDZ3 natif.

Au cours des années, Petit et Law, qui est maintenant résident en chirurgie en oto-rhino-laryngologie à la faculté de médecine de l'Université de Washington, revenait sans cesse à cette énigme. Finalement, ils ont fait éclore une idée hérétique :le taux de chute inattendu doit être dû à un volume accru de la plus petite protéine.

"Donc, nous avons commencé à planifier des expériences, " dit Petit. " Nous avons commencé par une observation, nous avons fait une hypothèse, puis nous avons passé des années à tester cette hypothèse."

Chaque coin que nous avons examiné soutenait cette hypothèse, " dit Petit. " C'était de la science pure, c'est la science la plus pure que j'aie jamais faite. "

En utilisant un sac d'expériences biophysiques avec des noms difficiles à manier comme les spectres HSQC, analyse NOESY, isothermes calorimétriques différentiels à balayage, diffusion des rayons X aux petits angles et relaxation de spin, ainsi que des expériences en présence de solvants jouant le rôle d'osmolytes stabilisants ou déstabilisants, Petit, Law et leurs collègues chercheurs sont arrivés à la conclusion suivante :la protéine de suppression de l'hélice alpha avait en effet augmenté en taille, et elle était en fait plus volumineuse que la protéine PDZ3 native. Plus loin, cette taille relâchée s'est produite sans aucun changement discernable dans la structure de la protéine.

La protéine de délétion de plus grand volume a montré toutes les caractéristiques normales de la protéine native plus étroitement emballée, et il pourrait être comprimé expérimentalement par des changements de température ou des osmolytes stabilisants.

Comme Petit, Law et leurs collègues ont sondé la littérature, ils ont vu que les gens avaient vu des indices d'un mécanisme allostérique aussi nouveau il y a 35 ans, et divers articles ont donné l'impression générale qu'il peut se produire dans d'autres protéines ou enzymes.

Cette découverte, du moins dans les domaines de la biophysique et de la chimie, a été un énorme splash.

Leur article a été accepté par le Journal de l'American Chemical Society , qui a un facteur d'impact de 13, et on leur a demandé de faire l'illustration de la couverture. L'article a été présenté dans le JAC Spotlight de la revue, et il a également été sélectionné par la Faculté de 1000, un groupe de 8, 000 scientifiques chevronnés qui recommandent les articles de recherche les plus importants en biologie et en médecine.

Comme Petit et ses collègues l'ont écrit dans leur article, "L'observation inattendue que la fonction peut être dérivée de l'expansion, les états protéiques de faible densité ont de larges implications pour notre compréhension de l'allostère et suggèrent que le concept général de l'état natif soit élargi pour permettre des dimensions physiques plus variables avec un emballage plus lâche. »

"C'est le meilleur papier que j'ai fait, " dit Petit. " Pour une raison quelconque, cette protéine de délétion nous a permis d'étudier ce mécanisme. Tony l'appelle notre pierre de Rosette."