Grâce à une combinaison unique de simulations informatiques et d'expériences en laboratoire, des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer (PSI) ont découvert de nouveaux sites de liaison d'agents actifs contre le cancer, par exemple, sur une protéine vitale du cytosquelette cellulaire. Onze des sites n'étaient pas connus auparavant. L'étude paraît aujourd'hui dans la revue Édition internationale d'Angewandte Chemie.

La tubuline, une protéine, est un élément essentiel du cytosquelette cellulaire. Dans les cellules, les molécules de tubuline s'organisent en structures tubulaires, les filaments des microtubules. Ceux-ci donnent aux cellules leur forme, aide au transport des protéines et des composants cellulaires plus gros, et jouent un rôle crucial dans la division cellulaire.

Ainsi, la tubuline remplit diverses fonctions dans la cellule et, ce faisant, interagit avec de nombreuses autres substances. "La tubuline peut lier un nombre étonnant de protéines différentes et de petites molécules, plusieurs centaines à coup sûr, " dit Tobias Mühlethaler, doctorant au Laboratoire de Recherche Biomoléculaire PSI et premier auteur de l'étude. Les fonctions de la protéine sont guidées au moyen de telles liaisons. Aussi, de nombreux médicaments accostent à la tubuline et font effet, par exemple, en empêchant la division cellulaire dans les tumeurs.

"Dans ce projet, nous avons abordé la question fondamentale de savoir combien de sites de liaison au total existent sur cette protéine vitale, " explique Mühlethaler. " Si nous en découvrons de nouveaux, ceux-ci pourraient éventuellement être utilisés à des fins thérapeutiques.

Du virtuel au laboratoire

Dans des simulations informatiques menées en collaboration avec l'Institut italien de technologie de Gênes, les chercheurs ont passé au peigne fin la structure de la protéine :ils ont identifié des endroits où d'autres molécules pourraient particulièrement bien s'arrimer à la tubuline. Ce sont les soi-disant poches de reliure. Par la suite, dans une véritable expérience de laboratoire, les chercheurs ont cherché à vérifier ces sites. Pour ça, ils ont utilisé une méthode appelée criblage de fragments :à partir de centaines de cristaux de tubuline, les chercheurs ont ajouté des solutions individuelles contenant des fragments de molécules qui sont des précurseurs typiques d'agents actifs prometteurs. En une heure, les cristaux de tubuline étaient capables d'absorber autant de solution de fragments qu'ils pouvaient en contenir. Enfin, les cristaux ont été repêchés dans le liquide et exposés au rayonnement X synchrotron. Sur la base du diagramme de diffraction résultant, les chercheurs sont en mesure de déduire la structure du cristal. Ainsi, il pourrait être déterminé si et où les fragments de molécule se sont liés à la protéine.

"Les deux méthodes, simulations informatiques et criblage de fragments, ont leurs forces et faiblesses respectives, " dit Michel Steinmetz, chef du laboratoire de recherche biomoléculaire. « En les combinant, nous veillons à ce qu'aucun site de liaison sur la protéine n'échappe à notre recherche."

Onze nouveaux

Globalement, les chercheurs ont découvert 27 sites de liaison sur la tubuline où des molécules ou d'autres protéines peuvent s'arrimer. "Onze d'entre eux n'avaient jamais été décrits auparavant, " dit Mühlethaler. De plus, les chercheurs ont identifié 56 fragments qui se lient à la tubuline et pourraient convenir au développement de nouveaux agents actifs.

Comme le soulignent les chercheurs, leur approche est également transférable à d'autres protéines. « Ici, nous avons développé une méthode pour la découverte précoce de molécules dites de plomb et, avec ça, de nouveaux points de départ pour le développement d'actifs, " dit Michel Steinmetz. Il devrait être possible d'appliquer cette méthode avec succès à toutes les protéines pour lesquelles des cristaux de haute qualité peuvent être obtenus.

"La recherche de nouvelles molécules de plomb potentielles est au cœur de la Swiss Light Source SLS, " ajoute Steinmetz. " Cela prendra de plus en plus d'importance après la mise à niveau vers SLS 2.0, prévu pour les années à venir, a eu lieu."