Comme les cellules créent des protéines, les protéines modulent la vitesse de synthèse en exerçant une force mécanique sur la machine moléculaire qui les fabrique, selon une équipe de scientifiques qui ont utilisé une combinaison de techniques informatiques et expérimentales pour comprendre cette force.

Les protéines alimentent de nombreuses fonctions vitales d'une cellule, de fournir une structure à la fourniture d'informations à la lutte contre les virus. La synthèse défectueuse des protéines est liée à de nombreuses maladies, y compris les sous-types d'hémophilie, carcinome pulmonaire, et les cancers du col de l'utérus et de la vulve.

"Ce qui a été observé au cours de la dernière décennie, c'est que si vous modifiez la vitesse à laquelle une protéine est synthétisée, vous pouvez modifier le comportement de la protéine, " dit Edward O'Brien, professeur assistant de chimie et co-embauche de l'Institute for CyberScience, État de Penn. "Nous avons essayé d'identifier de nouveaux facteurs qui influencent la vitesse de synthèse des protéines."

Ribosomes, de minuscules usines dans la cellule, assembler les acides aminés en une longue chaîne pour créer des protéines. Au cours de ce processus, les segments protéiques nouvellement synthétisés traversent un tunnel étroit du ribosome. Quand ils sortent du tunnel, les protéines se détachent naturellement du ribosome, dit O'Brien.

"Ces molécules de protéines aiment être dans des régions de l'espace avec beaucoup de volume libre où elles peuvent se déplacer, plutôt que dans des espaces étroits confinés, " a déclaré O'Brien.

La force qui tire la protéine du ribosome est une force de traction entropique qui se produit naturellement, selon O'Brien. La force entropique dans un système est une force résultant de la tendance du système entier à augmenter son entropie, plutôt que d'une force microscopique sous-jacente particulière. L'entropie est la tendance des systèmes à devenir plus désordonnés au fil du temps.

"Cette force de traction se propage vers l'endroit où la synthèse se produit dans le ribosome, et module ce processus, " a déclaré O'Brien.

Les chercheurs ont observé que les segments protéiques non structurés génèrent des piconewtons de force et que cette force est transmise à travers la machine moléculaire du ribosome, et qu'il affecte la vitesse à laquelle les acides aminés sont cousus ensemble.

L'équipe a commencé son étude à partir de mesures expérimentales qui ont détecté la quantité de protéines étirées sur le ribosome. Les chercheurs ont saisi ces informations dans des simulations informatiques hautes performances qui ont duré des mois à l'aide de la cyberinfrastructure avancée du Penn State Institute for CyberScience et de l'Extreme Science and Engineering Discovery Environment, une organisation virtuelle financée par la NSF. Ces simulations leur ont permis de voir comment la synthèse des protéines s'effectuait dans de nombreuses conditions.

"En comprenant les facteurs régissant la vitesse de synthèse des protéines, nous pouvons maintenant commencer à comprendre comment la synthèse des protéines affecte les processus en aval impliquant la structure et la fonction des protéines, y compris diverses maladies, " a déclaré O'Brien.

Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans le Journal de l'American Chemical Society .