Se séparer et se remettre ensemble est toujours difficile à faire, mais pour les protéines, c'est presque impossible.

Cependant, un algorithme guidé par ordinateur peut aider les scientifiques à trouver le bon endroit pour diviser une protéine, puis la réassembler pour qu'elle fonctionne, selon une équipe de biochimistes et de biophysiciens qui rapportent leurs découvertes aujourd'hui (2 octobre) dans Communication Nature . Ils ajoutent que cela pourrait être une autre étape - peut-être même un pas de danse - vers l'utilisation de signaux chimiques et lumineux pour créer de nouveaux traitements médicaux et biocapteurs.

"Mon laboratoire s'intéresse à l'étude du fonctionnement de la vie cellulaire en ciblant les acteurs moléculaires, comme les protéines et l'ARN, et dans cette mesure, nous avons développé des outils pour contrôler ces joueurs, " a déclaré Nikolay V. Dokholyan, Professeur G. Thomas Passananti, Collège de médecine de l'État de Penn.

"Nous voulons que ces protéines répondent avec certaines activités basées sur les signaux lumineux - optogénétiques - ou chimiques - chimiogénétiques - que nous fournissons. Et, donc, juste en éclairant ou en ajoutant un produit chimique, la cellule commence à bouger, ou danser, ou tout ce que nous voulons qu'ils fassent, en fonction de la protéine que nous contrôlons."

Protéines, qui sont pliés en structures 3-D complexes qui ressemblent un peu à un bonbon moléculaire en ruban, jouer un rôle dans plusieurs des processus les plus importants du corps, y compris la communication entre les cellules, construire de l'ADN et créer des anticorps.

Autrefois, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient diviser les protéines en utilisant des signaux lumineux et chimiques, mais trouver l'endroit précis pour faire la scission était une question d'essais et d'erreurs, ce qui ne serait pas pratique pour les traitements médicaux et les procédures scientifiques réels.

Le processus pour diviser une protéine est un peu comme diviser une pomme, mais lorsque les gens coupent des pommes, ils n'ont généralement pas l'intention de réassembler les morceaux pour en faire une pomme saine, dit Onur Dagliyan, chercheur en neurobiologie, Faculté de médecine de Harvard. Dagliyan a travaillé avec Dokholyan et Klaus M. Hahn, Thurman Distinguished Professor of Pharmacology, Université de Caroline du Nord-Chapel Hill, sur l'étude.

« Dans ce travail particulier, nous avons essayé d'établir des principes de conception sur la façon dont on peut regarder la structure, ou séquence d'une protéine et identifier les sites qui permettent ce clivage et ce réassemblage, " dit Dagliyan.

Pour trouver les meilleurs sites pour les fractionnements de protéines, les chercheurs ont analysé comment plusieurs protéines ont été divisées dans le passé et ont utilisé ces données pour créer un modèle mathématique de la structure de la protéine, ou modèle de notation physique. Le modèle, alors, a donné aux chercheurs la possibilité de trouver les endroits qui avaient les meilleures chances de réussir une scission.

Les chercheurs ont utilisé l'algorithme pour identifier les sites de division sur un certain nombre de protéines, dont la tyrosine kinase Lyn, inhibiteur de dissociation des nucléotides de guanosine et facteur d'échange de guanine.

La capacité de diviser les protéines, puis de les rendre à nouveau fonctionnelles, pourrait avoir des implications de grande envergure, selon les chercheurs. L'équipe, par exemple, pourrait voir les utilisations futures de cette technique dans des thérapies telles que la thérapie par cellules CAR T. Dans la thérapie par cellules CAR T, les médecins prélèvent les cellules immunitaires des patients de leur corps et les modifient pour tuer les cellules anormales, comme les cellules cancéreuses. Les médecins réinjectent ensuite ces cellules modifiées aux patients.

"Si nous voulons livrer quelque chose, une cellule technique, ou cellule souche, ou cellule bactérienne modifiée, par exemple — à un organisme à des fins thérapeutiques, nous ne voudrions peut-être pas qu'ils soient actifs tout le temps, " dit Dagliyan. " Vous voulez les éteindre et les allumer, et les gens sur le terrain essaient de trouver des moyens de contrôler ces protéines, juste pour pouvoir contrôler ces cellules. Donc, c'est une possibilité qui pourrait être envisagée."

Dagliyan a ajouté que le processus pourrait être utilisé pour attacher des biocapteurs à des protéines qui pourraient ensuite être utilisés pour aider à identifier non seulement le comportement d'une protéine, mais comment fonctionnent les réseaux de protéines.

Le fractionnement des protéines serait un autre outil pour les chercheurs en médecine, dit Dokholian, qui a ajouté que son laboratoire a contribué au développement de la signalisation optogénétique et chomogénétique d'individus et de groupes de protéines.

Les chercheurs ont mis en ligne le programme sur spell.dokhlab.org.

"C'est un outil qui automatise essentiellement le processus, afin que cela ne nous aide pas à contrôler une seule protéine de cette façon, mais cela deviendra une plate-forme entière - et cette plate-forme est maintenant disponible pour les scientifiques du monde entier, " dit Dokholyan.