Une équipe de scientifiques du laboratoire VIB de Han Remaut (VIB-VUB) et du laboratoire d'Yves Dufrêne à l'UCL Louvain-La-Neuve ont collaboré à une étude des amyloïdes fonctionnels - des agrégats de protéines avec la structure amyloïde typique qui ne conduisent pas à la maladie mais plutôt remplir une fonction biologique dédiée. Dirigé par Mike Sleutel (VIB-VUB), l'équipe a utilisé une nouvelle méthode de microscopie pour examiner la formation d'amyloïdes fonctionnels par les bactéries en temps réel, l'observation de la croissance et des caractéristiques réglementaires clés qui pourraient conduire à de nouveaux biomatériaux ainsi que des informations sur le développement et la progression des maladies humaines causées par les plaques amyloïdes pathologiques. Leurs recherches sont publiées dans la revue scientifique renommée Nature Chimie Biologie .

Chez l'homme, les amyloïdes sont associés à des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington, et les maladies à prions comme l'encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) et la maladie de Creutzfeldt-Jakob. Dans ces amyloïdes pathologiques, les protéines sont piégées sous une forme toxique qui provoque la mort cellulaire, et conduisant à des dommages au cerveau et aux organes et éventuellement à la mort.

Des protéines à but

Les plaques amyloïdes sont composées de protéines ou de fragments de protéines qui s'organisent en fibres spiralées qui se développent continuellement en attirant de nouvelles molécules. Des recherches antérieures ont indiqué que les dommages tissulaires qui en résultent dans les maladies humaines sont principalement causés par de petits agrégats de protéines générés pendant les premiers stades de la formation de l'amyloïde. Ces prédécesseurs moléculaires des amyloïdes sont composés des mêmes sous-unités, mais diffèrent par leur structure. Bactéries, cependant, ont la capacité remarquable de fabriquer des « amyloïdes fonctionnels » par une voie délibérée qui n'implique pas la formation d'intermédiaires toxiques.

Pr. Han Remaut (VIB-VUB) :« Le but de cette recherche était d'en savoir plus sur le processus par lequel les bactéries sont capables de contourner le développement de ces intermédiaires toxiques nocifs. Pour ce faire, nous nous sommes appuyés sur la microscopie à force atomique à grande vitesse, ce qui nous a permis d'observer la croissance des fibres amyloïdes individuelles 100 fois plus rapidement que ne le peuvent les microscopes à force atomique conventionnels."

De nouvelles voies créent des amyloïdes non toxiques

Les scientifiques ont découvert que curli, un type d'amyloïdes fonctionnels créés par E. coli pour former des biofilms, suivre un processus de développement différent de celui des amyloïdes pathologiques. Ils ont regardé les fibres curli frayer et se développer sous le microscope à force atomique. Au cours du processus de formation du noyau du développement amyloïde, les sous-unités curli se rassemblent en fibres de taille minimale qui ont immédiatement les mêmes propriétés que les curli matures.

Dr Mike Sleutel (VIB-VUB) :« Les fibres de Curli sont formées de telle manière que les sous-unités s'organisent facilement en un fragment amyloïde minimal sans former aucun des états intermédiaires toxiques impliqués dans les maladies amyloïdes. De plus, nous avons découvert que les bactéries ont la capacité de réguler la croissance de ces fibres curli en produisant des protéines qui peuvent bloquer les sites où les sous-unités entrantes se lieraient. »

Des pistes d'avenir fascinantes

Curli est un système modèle idéal à utiliser pour découvrir les différences entre les amyloïdes fonctionnels et pathologiques, et comprendre comment les bactéries sont capables de traiter des types d'amyloïdes potentiellement toxiques sans être endommagées. Encore plus, les amyloïdes fonctionnels pourraient servir de futurs blocs de construction de nouveaux biomatériaux.

Doctorante et co-auteur Imke Van Den Broeck (VIB-VUB) :« Une piste de recherche intéressante que nous poursuivons est la production de fibres amyloïdes génétiquement modifiées pour afficher des groupes fonctionnels d'intérêt, comme les anticorps, enzymes, etc. En utilisant cette approche, nous envisageons la formation de nanofils auto-assemblés avec des fonctions programmables pour créer une nouvelle classe de biomatériaux."