Démêler la structure 3D des protéines
14/10/13

À l’heure actuelle, il est encore difficile et coûteux d’obtenir une représentation de la structure tridimensionnelle des protéines. Or celle-ci est intimement liée à leur fonction. C’est pourquoi les scientifiques tentent de développer des approches informatiques pour réaliser des prédictions, nettement plus rapides, permettant d’acquérir certains indices sur les propriétés des protéines.
Julien Becker, Francis Maes et Louis Wehenkel utilisent ainsi l’apprentissage automatique pour prédire la formation des ponts disulfures (liaisons qui se forment entre les atomes de souffre de deux acides aminés appelés cystéines) présents au sein d’une protéine. Leurs travaux ont ainsi mené à la création d’un prédicteur, appelé x3CysBridges, permettant de calculer la probabilité que les cystéines d’une même protéine forment des ponts disulfures. Un prédicteur que la communauté scientifique internationale commence déjà à utiliser…

structure proteineMacromolécules aux fonctions variées au sein de la cellule ou de l’organisme, les protéines sont essentielles à toute forme de vie. Elles sont constituées d’une ou plusieurs chaînes d’acides aminés qui, selon leur séquence et leurs interactions, donnent à chaque protéine une structure tridimensionnelle particulière. Celle-ci est intimement liée à la fonction de la protéine.

De la simple séquence d’acides aminés à sa conformation finale, la macromolécule passe par quatre niveaux de structuration appelés structures primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire. Au fil de ces étapes, la protéine se replie de sorte à adopter une structure tridimensionnelle stable qui lui permettra de remplir correctement sa mission. Elle peut alors prendre deux grands types de conformation : en hélice ou en feuillet.

Lorsque des protéines ont une séquence d’acides aminés similaire, elles auront tendance à avoir une structure 3D proche. Mais il arrive également que deux protéines aux séquences identiques aient une structure tridimensionnelle, et donc une fonction, différente selon le solvant ou l’environnement dans lequel on les trouve. En effet, les protéines interagissent avec d’autres éléments de leur milieu qui influencent ainsi leur conformation finale.

Des ponts pour stabiliser la protéine

De manière générale, différents types d’interactions, à la fois entre les acides aminés et entre ceux-ci et leur environnement, permettent de stabiliser la structure des protéines. Parmi ces interactions on compte les liaisons covalentes, et plus particulièrement les ponts disulfures. Ces liaisons se forment, par oxydation, entre les atomes de souffre de deux acides aminés appelés cystéines. « On trouve des ponts disulfures surtout au niveau des protéines extracellulaires, qui sont excrétées, ou au niveau des membranes car cela permet de les stabiliser », explique Julien Becker, doctorant sous la supervision du Pr. Louis Wehenkel à l’Unité de recherche Systèmes et Modélisation du GIGA. « Au sein de la cellule, l’environnement est plutôt stable et donc il y a moins besoin de stabiliser davantage les protéines », poursuit-il. À titre d’exemple, on trouve des ponts disulfures dans les protéines du venin de serpent ou de scorpion, dans les anticorps produits par le système immunitaire, dans l’insuline -hormone qui régule la concentration de sucre dans le sang - et dans bien d’autres protéines.

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