Une nouvelle approche dans la conception des protéines pourrait changer le futur de la biomédecine

Dans différentes expériences, le Pr. Elizabeth Meiering, en collaboration avec ses collègues en Inde et aux Etats-Unis, a créé une protéine qui peut supporter diverses conditions physiologiques et environnementales – un problème qui défie les chimistes voulant créer des protéines très stables et hautement fonctionnelles.

Leurs résultats sont publiés ce mois-ci dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciences.

Les protéines médicament peuvent être conçues pour agir comme des anticorps et cibler des cellules spécifiques. De tels médicaments personnalisés peuvent s’attacher seulement là où ils sont nécessaires, réduisant grandement les effets secondaires dans les traitements contre le cancer et l’arthrite. Par exemple, l’Herceptine, médicament actuellement utilisé pour traiter différentes forme du cancer du sein, cible le facteur de croissance HER2 à la surface des cellules cancéreuses et marque les cellules de telle sorte que le système immunitaire puisse les détruire.

Néanmoins, concevoir une protéine pouvant supporter une grande variété de conditions est un défi et peut être risqué. Les protéines comptent sur leur unique structure pour accomplir leur fonction et seul un changement mineur dans cette structure peut mener à une réaction allergique, ou même une cascade de réponses immunologiques fatale.

« Il n’est pas suffisant de concevoir une protéine en partie correcte – ce doit être exactement parfait pour que la protéine soit stable et fonctionnelle, pour que le médicament soit efficace » d’après le Pr. Meiering, professeur au sein du département de chimie de la Faculté des Sciences. « La plupart des protéines naturelles ne sont pas très stables, et il est très difficile de les concevoir stable d’un point de vue chimique. Notre travail représente un changement réel dans la manière dont les chercheurs peuvent concevoir et comprendre une protéine. »

D’habitude, la conception de protéine se concentre soit sur la structure soit sur la fonction car travailler sur les deux propriétés est un vrai challenge.

Le Pr. Meiering et ses collègues ont pu intégrer à la fois la structure et la fonction dans leur conception de protéine en utilisant la bio-informatique. Ils ont ensuite mesuré le temps nécessaire à la protéine repliée et fonctionnelle pour se déplier et se dégrader.

Une protéine peut être énergétiquement instable et pourtant se déplier extrêmement lentement – signifiant qu’elle reste repliée et fonctionnelle assez longtemps – d’après le Pr. Meiring, membre du Centre de Bio-ingénierie et Biotechnologie.

En utilisant une combinaison d’analyses biophysiques et informatique, l’équipe a découvert que la stabilité cinétique peut être un modèle fructueux basé sur le fait qu’une chaine protéique s’enroule sur elle-même dans la structure repliée. Leur approche sur la stabilité étant aussi quantitative, la stabilité de la protéine peut être ajustée pour naturellement se dégrader quand elle n’est plus utile.

Cette différente approche va permettre aux chercheurs d’avancer dans la conception des protéines avec des stabilités contrôlées précisément pour des applications nouvelles telles que les bio-capteurs et les thérapeutiques personnalisées.

Le doctorant Aron Broom, l’étudiant en master Martha Ma et le doctorant Kyle Trainor sont les co-auteurs de cette étude à l’université de Waterloo. Les collaborateurs internationaux incluent les membres de l’équipe du Dr. Gosavi à l’institut Tata de Recherche Fondamentale à Bengalore en Inde et l’équipe du Dr. Colón à l’Institut Polytechnique Rensselaer de New-York.

Pour en savoir plus :
PNAS : “Designed protein reveals structural determinants of extreme kinetic stability”
PNAS, vol. 112 no. 47, 14605–14610, doi : 10.1073/pnas.1510748112
http://www.pnas.org/content/112/47/14605.abstract

Source : Nouvelles de l’université de Waterloo- 24 novembre 2015
https://uwaterloo.ca/science/news/new-insights-protein-structure-could-change-future

Rédacteur :
Sophie DECAMPS – Chargée de Mission pour la Science et la Technologie à Toronto – sophie.decamps[a]diplomatie.gouv.fr