La structure des enzymes détermine comment elles contrôlent les processus vitaux tels que la digestion ou la réponse immunitaire. C'est parce que les composés protéiques ne sont pas rigides, mais peuvent changer de forme grâce à des "charnières" mobiles. La forme des enzymes peut dépendre du fait que leur structure est mesurée dans le tube à essai ou dans la cellule vivante. C'est ce que les physicochimistes de l'Université de Bonn ont découvert à propos de YopO, une enzyme du pathogène de la peste. Ce résultat fondamental, qui vient d'être publié dans la revue Angewandte Chemie , présente également un intérêt potentiel pour la recherche sur les médicaments.

Toutes les cellules vivantes contiennent des protéines, essentiels au maintien des fonctions corporelles. Les protéines sont principalement constituées d'acides aminés et, comme catalyseurs (enzymes), permettre des réactions biochimiques qui n'auraient pas lieu autrement. Les enzymes contrôlent par exemple la digestion et le système immunitaire. "Le type de réactions biochimiques et la manière dont elles se produisent dépendent de la structure des protéines, " dit le professeur Olav Schiemann de l'Institut de chimie physique et théorique de l'Université de Bonn. Les protéines ne sont pas rigides, mais peuvent changer de forme grâce à des "charnières" mobiles. Cette interaction entre structure et dynamique détermine ce qui se passe. L'enzyme et la substance à transformer doivent s'emboîter comme une clé et une serrure afin de catalyser un processus spécifique.

YopO est ancré dans la membrane et donc particulièrement stable

Les scientifiques ont utilisé une protéine d'agents pathogènes de la peste (Yersinia) pour leurs recherches. Ceux-ci trompent le système immunitaire en injectant des protéines telles que YopO (protéine externe Yersinia O) dans les macrophages attaquants. YopO se lie à l'actine des cellules de défense, ce qui empêche les cellules immunitaires d'envelopper et de digérer les agents pathogènes. "Nous avons utilisé YopO car cette enzyme est médicalement intéressante et peut être ancrée ou immobilisée dans une membrane, " explique Schiemann. "Ce dernier est une condition préalable importante pour nos mesures à température ambiante."

Nico Fleck du groupe de recherche de Schiemann a développé à cet effet des étiquettes de spin spécifiquement adaptées aux investigations au sein de la cellule. Ce sont de minuscules « drapeaux » que le membre de l'équipe Caspar A. Heubach a attachés à différentes positions de la protéine. En utilisant la méthode DQC (Double Quantum Coherence), qui fonctionne comme une règle au niveau moléculaire, Le membre de l'équipe Tobias Hett a ensuite mesuré les distances entre les drapeaux. "Si nous connaissons les distances entre les étiquettes de rotation, nous pouvons déduire quelles structures une certaine enzyme est capable d'assumer, " dit Hett. Cela fonctionne un peu comme une " navigation par satellite " pour les molécules; après tout, le système de guidage des véhicules est également basé sur des mesures de distance.

Les chercheurs ont appliqué la méthode DQC à YopO dans le tube à essai et, en comparaison, dans les œufs de la grenouille africaine à griffes, qui sont fréquemment utilisés comme organismes modèles en science. Pour les mesures dans la cellule, le YopO marqué avec les drapeaux a été injecté dans les œufs avec une seringue, "très similaire à la façon dont les agents pathogènes de la peste font au niveau moléculaire, " explique Nico Fleck. Cela a montré que YopO était capable d'absorber un plus grand nombre de structures différentes lorsqu'il était en solution aqueuse dans le tube à essai que dans les œufs. " YopO est structurellement plus mobile dans le tube à essai que dans les cellules vivantes, " dit Schiemann. " Dans les cellules, les structures telles que les membranes et les interactions avec d'autres protéines réduisent la diversité structurelle de YopO."

Principe fondamental

Ce constat ne s'applique pas seulement à YopO, mais c'est un principe fondamental :dans l'éprouvette il n'y a pas de « corset » imposé par d'autres structures cellulaires, les possibilités de déploiement des enzymes sont plus grandes. Les chercheurs pensent que cela a des conséquences pour toutes les études impliquant des biomolécules. « Les investigations sur les biomolécules isolées sont certainement essentielles. Pour une image complète, cependant, ces structures et dynamiques doivent être étudiées dans des conditions aussi naturelles que possible, " dit Schiemann. Caspar Heubach ajoute :" Si les résultats d'une étude se réfèrent à des processus biomoléculaires dans les cellules, on devrait, comme dans ce cas, étudient également la structure et la dynamique des protéines dans les cellules vivantes."

Comme les protéines contrôlent différents processus cellulaires, ils sont également au centre de la recherche de nouveaux traitements. Les chercheurs sont donc convaincus que les résultats présentés par l'équipe de recherche de l'Université de Bonn présentent également un intérêt potentiel pour la recherche pharmaceutique. « Les interactions dans la cellule sont importantes pour la structure et la dynamique des protéines, " dit Schiemann. " La façon dont la structure des enzymes est déterminée dans la recherche de substances actives fait donc une différence. "