Une illustration montre la dynamique du repliement des protéines dans une solution telle qu'elle était précédemment comprise et révélée par de nouveaux modèles développés à l'Université Rice, l'Université de Tulane et l'École de médecine de l'Université Johns Hopkins. Crédit :Dilip Asthagiri
C'est une hypothèse de longue date que la présence d'eau influence la façon dont les protéines se replient. Une nouvelle étude remet en question les détails.
Un article dans l'American Chemical Society's Journal des lettres de chimie physique montre que les protéines qui ont vraisemblablement évolué pour éviter l'eau lorsqu'elles se replient peuvent en fait se comporter d'une manière que les scientifiques n'avaient pas anticipée.
Cette découverte pourrait changer la façon dont les scientifiques envisagent les interactions hydrophobes (évitant l'eau) et hydrophiles (attirant l'eau) dans les solutions, selon un ingénieur de l'Université Rice.
Des collaborateurs des universités Rice et Tulane et de la faculté de médecine de l'Université Johns Hopkins ont créé des modèles de polypeptides au niveau atomique qui ont montré que le repliement est également influencé par la dilatation thermique des solvants qu'ils occupent, mais pas d'une manière qui correspond aux hypothèses précédentes.
L'opinion de longue date est que les acides aminés hydrophobes, qui évitent l'eau en s'assemblant le plus efficacement possible, sont une force dominante dans le repliement des protéines, dit Dilip Asthagiri, professeur agrégé de recherche en génie chimique et biomoléculaire à la Brown School of Engineering de Rice.
La nouvelle étude montre la température, un facteur pas toujours inclus dans les modèles de repliement des protéines, influence également le phénomène. Cela devrait inciter à réévaluer la façon dont les protéines se repliant dans une solution sont stabilisées, selon les chercheurs.
"Il existe de nombreuses protéines intrinsèquement désordonnées qui ne se replient pas du tout, " A déclaré Asthagiri. " Une façon dont le non-pliage a été rationalisé a été d'examiner l'équilibre des groupes hydrophobes et des groupes chargés et, en supposant que ces derniers dominent, conclure que le polypeptide ne se replie pas.
"Nous avons montré en 2017 que dans un modèle d'un peptide intrinsèquement désordonné qui n'a pas de chaînes latérales, les effets hydrophiles peuvent en effet submerger l'effondrement induit par les effets hydrophobes encore importants et entraîner le déploiement, même en l'absence de résidus chargés, ", a-t-il déclaré. "Cette étude et celle publiée plus tôt en 2016 ont mis en évidence le rôle des effets hydrophiles. Mais nous n'avons pas examiné les effets de la température."
L'équipe dirigée par Asthagiri a donc entrepris de modéliser précisément comment les polypeptides, une classification qui inclut les protéines dans les systèmes biologiques, se plient et se déplient lorsqu'ils se connectent avec de l'eau à différentes températures.
Lorsque les chercheurs ont calculé l'énergie libre d'une séquence peptidique de déca-alanine hydratée, avec ses chaînes latérales, ils ont découvert que les forces d'attraction entre le solvant et le peptide jouent également un rôle, en particulier lorsque plus d'un peptide est impliqué.
Ils ont découvert que dans les plages de températures qu'ils ont modélisées, la matrice de solvant autour des polypeptides se dilate lorsqu'elle est chauffée, en diminuant la population de molécules de solvant qui se trouvent autour et en contactant les peptides. Cela peut rendre les interactions de liaison entre le solvant et les peptides moins favorables.
Ils ont noté que l'effet est mineur pour les petites molécules dans un solvant, mais amplifié pour les plus gros peptides et protéines. Ils ont également déclaré que la théorie suggère que les effets hydrophiles peuvent contribuer à la dénaturation, ou en train de se dérouler, de protéines dans des solutions froides.
"L'environnement de la solution est un contributeur important à la structure des protéines, " a déclaré l'ingénieur chimiste de Tulane et co-auteur Lawrence Pratt, un mentor de longue date d'Asthagiri. "Tout ce que fait la solution, y compris l'eau, a à voir avec la façon dont ces protéines s'assemblent et les fonctions qu'elles remplissent. »
Il a déclaré que les effets hydrophobes dans le repliement des protéines étaient reconnus depuis les années 1940. "C'est une chose assez délicate, bien que, car il a des dépendances de température inhabituelles, " dit Pratt. " Vous savez, les choses vivent ou meurent si vous changez les températures.
"Certains effets hydrophobes deviennent plus forts lorsque vous augmentez la température, donc les choses deviennent plus stables, " dit-il. " Mais Dilip montre que cette augmentation de la force avec l'augmentation de la température peut provenir d'autres endroits, y compris les effets que tous les chimistes diraient sont hydrophiles.
"Les effets hydrophobes et hydrophiles entrent en jeu, " dit-il. " Et ils sont en compétition, et ils collaborent. Et donc être capable de les distinguer individuellement d'une manière très convaincante est un grand pas dans le triage de tous ces comportements."
