Lors d'une infection virale, les virus pénètrent dans l'organisme et se multiplient dans ses cellules. Les virus s'attachent souvent spécifiquement aux structures sucrées des cellules hôtes, ou présentent des structures de sucre caractéristiques à leur surface elles-mêmes. Des chercheurs de l'Université technique de Munich (TUM) ont développé un nouveau type de réactif protéique pour identifier les structures biologiques des sucres, qui peut bloquer la propagation d'une maladie dans le corps s'il est utilisé pour bloquer les structures de sucre d'une cellule ou d'un agent pathogène.

Le laboratoire dirigé par Arne Skerra, Professeur de chimie biologique, se concentre sur la conception de protéines de liaison artificielles pour des applications thérapeutiques. Les résultats de recherche actuels du laboratoire ouvrent la voie au développement de nouveaux types de protéines de liaison pour les structures biologiques des sucres, qui jouent un rôle important dans le cancer ainsi que les maladies infectieuses.

Reconnaître les structures biologiques des sucres

"La reconnaissance de molécules de sucre spécifiques, ou ce qu'on appelle les glucides, est d'une importance vitale dans de nombreux processus biologiques, " explique le Pr Skerra. La plupart des cellules portent un marqueur constitué de chaînes de sucres qui sont attachées à l'extérieur de la membrane cellulaire ou aux protéines membranaires, permettant ainsi au corps d'identifier où appartiennent ces cellules ou si certaines cellules sont étrangères. Les agents pathogènes ont également des structures de sucre qui leur sont propres, ou ils peuvent se lier à ceux-ci.

Protéines, qui remplissent un large éventail de fonctions au sein des cellules, n'ont généralement qu'une faible affinité pour les sucres. Ainsi, leur reconnaissance moléculaire pose un défi. La raison :les molécules d'eau ressemblent aux molécules de sucre, ce qui signifie qu'ils sont essentiellement cachés dans l'environnement aqueux des cellules. Le groupe de recherche du professeur Skerra a donc entrepris de concevoir une protéine de liaison artificielle avec une composition chimique particulière qui facilite la liaison aux structures biologiques des sucres.

Un groupe acide borique mis en œuvre dans une protéine sous forme d'acide aminé

Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines. Comme règle, la nature n'utilise que 20 acides aminés dans tous les organismes vivants. "En utilisant les possibilités ouvertes par la biologie synthétique, nous avons utilisé un acide aminé artificiel supplémentaire, " rapporte la chercheuse Carina A. Sommer.

« Nous avons réussi à incorporer un groupe acide borique, qui exerce une affinité intrinsèque avec les molécules de sucre, dans la chaîne d'acides aminés d'une protéine. En faisant cela, nous avons créé une toute nouvelle classe de protéines de liaison pour les molécules de sucre, ", explique Sommer. Cette fonction artificielle de liaison du sucre est supérieure aux protéines de liaison naturelles (appelées lectines) à la fois en force et en ce qui concerne les spécificités possibles du sucre.

"L'activité de fixation du sucre de l'acide borique et de ses dérivés est connue depuis près d'un siècle, " explique le professeur Skerra. " L'élément chimique bore est commun sur terre et a une faible toxicité, mais jusqu'à présent, il est resté largement inexploré par les organismes."

"En utilisant la cristallographie aux rayons X, nous avons réussi à démêler la structure cristalline d'un complexe modèle de cette protéine artificielle, qui nous a permis de valider notre concept biomoléculaire, " explique le scientifique Dr Andreas Eichinger.

La prochaine étape :vers l'application médicale

Après environ cinq années de recherche scientifique fondamentale, les découvertes du laboratoire du professeur Skerra peuvent désormais être appliquées à des besoins médicaux pratiques. Le professeur Skerra précise :« Nos résultats ne doivent pas seulement être utilisés pour soutenir le développement futur de nouveaux ligands glucidiques en chimie biologique, mais devrait également ouvrir la voie à la création d'agents de haute affinité pour contrôler ou bloquer les structures de sucre médicalement pertinentes sur les surfaces cellulaires. »

Un tel "agent bloquant" pourrait être utilisé pour des conditions dans lesquelles une forte croissance cellulaire est évidente ou lorsque des agents pathogènes se fixent aux cellules, par exemple en oncologie et en virologie. Si nous réussissons à bloquer la fonction de fixation du sucre et à ralentir la progression d'une maladie, cela donnerait au système immunitaire du patient suffisamment de temps pour mobiliser les défenses naturelles de l'organisme.