Des chercheurs travaillant pour comprendre la biochimie de la formation de la cataracte ont fait une découverte surprenante :une protéine qui a longtemps été considérée comme inerte a en réalité une fonction chimique importante qui protège le cristallin de la formation de la cataracte.

Le cristallin est composé de cellules remplies de protéines structurelles appelées cristallines. Les cristallines dans chaque cellule du cristallin forment un gel dense en protéines, et les propriétés optiques du gel, comme sa transparence et la façon dont il réfracte la lumière, aident à concentrer la lumière sur la rétine.

Mais lorsque les protéines cristallines s'agglutinent, ils ne sont plus aussi transparents. Si suffisamment de protéines vont de leur soluble dans l'eau habituelle, organisation densément tassée aux agrégats grumeleux, ils commencent à diffuser la lumière entrante, formation de dépôts troubles appelés cataractes.

Selon Eugene Serebryany, boursier postdoctoral à Harvard, auteur principal d'une étude récente Journal de chimie biologique , Pendant longtemps, les chercheurs ont cru que les protéines cristallines étaient chimiquement inertes. C'est-à-dire, à l'exception de l'agrégation en tant qu'âge individuel, les protéines n'étaient pas censées interagir beaucoup avec les autres protéines. Serebryany a dit, "C'était le modèle:la vraie fonction (de la cristalline) est de rester monomère et transparent et d'éviter de s'agréger le plus longtemps possible."

À l'époque où il était étudiant diplômé au MIT, Serebryany a utilisé une forme mutante de la protéine du cristallin gamma-cristalline pour imiter les dommages causés par les UV à la protéine. Tout en étudiant comment cette mutation conduit la cristalline à s'agréger en touffes, Serebryany a trouvé quelque chose de surprenant :le mutant était plus susceptible de s'agréger s'il était de type sauvage, ou en bon état, la protéine était également présente.

Le professeur de Harvard Eugene Shakhnovich, qui a collaboré avec Serebryany et son conseiller diplômé, Jonathan Roi, sur les études antérieures, a décrit la découverte comme "un phénomène assez frappant" et a expliqué:"Si vous aviez ces protéines endommagées dans un tube à essai, ils ne s'agrégeraient pas pendant un certain temps. Si vous aviez la protéine de type sauvage, il ne s'agrégerait pas pour toujours. Mais alors, quand tu mélanges les deux, vous voyez une agrégation rapide et précipitée."

En d'autres termes, la version saine d'une protéine que tout le monde croyait inerte causait d'une manière ou d'une autre une aggravation bien plus rapide d'une version légèrement endommagée.

Lorsque Serebryany a obtenu son diplôme, Shakhnovich l'a engagé pour continuer à travailler pour comprendre comment une protéine prétendument inactive pourrait provoquer cet effet. Serebryany a dit, "La première chose que je devais faire était essentiellement d'essayer de faire fonctionner les expériences de mon laboratoire de doctorat dans ce (nouveau) laboratoire."

"Ils ne sont qu'à deux arrêts de métro l'un de l'autre !" Shakhnovitch a plaisanté.

Mais, pour certaines raisons, Serebryany a eu du mal à reproduire les résultats. "C'est un endroit différent, c'est un ensemble d'instruments différent, un ensemble de procédures légèrement différent. Vous voyez où cela va, " dit-il. " Tout d'un coup, les expériences qui étaient auparavant hautement reproductibles donnaient beaucoup de variabilité."

En effet, dans le laboratoire de Harvard, la cristalline de type sauvage a parfois provoqué l'agrégation de la cristalline mutante, et parfois non. Les scientifiques étaient mystifiés.

Serebryany a dit, "Évidemment, s'il y a soudainement variabilité, il y a une variable cachée que nous n'avions pas vue auparavant. » Il a mis en place une série d'expériences en essayant de localiser cette variable.

Une comparaison étroite des poids moléculaires de la protéine de type sauvage qui a provoqué l'agglutination du mutant et de la protéine qui n'a pas révélé de différence équivalente au poids de deux atomes d'hydrogène. Cela a donné aux chercheurs un indice que l'état redox - si deux atomes de soufre dans une molécule de protéine étaient liés l'un à l'autre au lieu d'atomes d'hydrogène - pourrait faire une différence.

"En réalisant des expériences de spectrométrie de masse à résolution isotopique, nous avons obtenu plus que ce que nous avions prévu, " a expliqué Serebryany. " Non seulement le mutant sujet à l'agrégation a acquis une liaison disulfure interne par molécule au cours de la réaction d'agrégation, mais la protéine de type sauvage favorisant l'agrégation a perdu son disulfure en même temps."

En faisant muter un à un les résidus d'acides aminés de cystéine contenant du soufre en des résidus non soufrés, Serebryany a découvert que deux acides aminés de cystéine proches l'un de l'autre à la surface de la gamma-d-cristalline agissaient comme une sorte de commutateur. Quand les deux se sont liés, faire une structure appelée liaison disulfure, crystallin semblait être capable de pousser les autres molécules endommagées vers l'agrégation. Lorsque les deux cystéines n'étaient pas liées, chacun à la place a pris un atome d'hydrogène, expliquant le petit changement de masse de la protéine. A cette condition, la cristalline de type sauvage était inerte.

Mais comment une liaison entre les acides aminés à la surface de cette protéine pourrait-elle conduire à l'agrégation d'autres protéines ?

En utilisant des techniques biophysiques et biochimiques, l'équipe a découvert que bien que la liaison disulfure se forme facilement, il introduit également une contrainte dans la structure de la protéine. Cela a rendu chaque molécule de protéine susceptible de passer le long de la liaison disulfure à une molécule voisine de la protéine, recevoir deux protons en retour. De cette façon, la liaison disulfure pourrait être constamment transmise entre les molécules de protéines cristalline. Les auteurs ont comparé le processus au passage d'une patate chaude.

Étant donné toute une population en bonne santé, protéines cristallines intactes, ce processus pourrait se poursuivre indéfiniment. Mais si une protéine était déjà un peu endommagée, les auteurs ont montré, il a attrapé la patate chaude avec un autre ensemble de cystéines, qui étaient moins en mesure de le transmettre. Cela a conduit la protéine endommagée à s'agglomérer. Les travaux antérieurs des auteurs ont révélé que des mutations imitant les dommages causés par les UV modifiaient la stabilité de la protéine, le rendant plus souple, et donc plus susceptible d'acquérir la conformation qui expose de nouvelles cystéines qui pourraient attraper la patate chaude.

Cela nous aide à comprendre la formation de la cataracte. Selon Chakhnovitch, l'équipe travaille sur des traitements peptidiques qui pourraient empêcher la « patate chaude » d'atteindre les protéines endommagées. Serebryany espère que de tels peptides "pourraient réellement absorber certains de ces disulfures et retarder le temps nécessaire pour former les espèces les plus sujettes à l'agrégation". Cela pourrait entraîner une formation plus lente de la cataracte chez les patients.