Deux fonctions pour une même protéine : tout bon ou tout mauvais…

Certaines protéines peuvent présenter deux configurations spatiales, malgré une même structure chimique. Dans certains cas, c’est une économie pour l’organisme (deux fonctions « pour le prix » d’une seule), dans d’autres cas c’est le drame (maladies à prions).

Classiquement, une protéine est conçue comme une chaîne d’acides aminés qui se replie en une seule configuration stable, celle que l’évolution a choisie au fil des âges pour une fonction particulière.

Mais au cours des dernières années, les biophysiciens ont appris à quel point les exceptions à cette règle sont nombreuses et extraordinaires, y compris certaines protéines à deux faces qui peuvent se replier au besoin en un instant.

Il y a d’abord eu la découverte d’une classe spéciale de protéines de commutation de plis qui peuvent remplir deux fonctions différentes. Ces protéines « à commutation de plis », dont environ 100 sont actuellement connues, ont évolué dans tous les règnes de la vie et remplissent plus de 30 types de fonctions biologiques.

«Nous sommes habitués à penser à des protéines ayant une structure, et donc une fois que la structure est résolue, nous pensons que nous avons terminé – c’est tout, problème résolu», a déclaré Lauren Porter, chercheuse au National Institutes of Health qui étudie protéines de changement de pli. « Cependant, à mesure que des technologies telles que la cryo-microscopie électronique et la résonance magnétique nucléaire à l’état solide sont devenues disponibles, «les conformations alternatives de protéines se multiplient».

Avec l’aide de ces technologies, les chercheurs ont trouvé quelques exemples de protéines qui vont au-delà d’une simple capacité de repliement. Ces protéines métamorphiques changent rapidement et de manière réversible d’une forme pliée à une autre à l’intérieur des organismes. En fait, leur capacité à le faire semble être la clé de leur succès.

Des chercheurs du Medical College of Wisconsin ont maintenant reconstitué l’histoire évolutive d’une protéine humaine métamorphique appelée XCL1.

Dans une forme, XCL1 agit comme une molécule de signalisation appelée chimiokine, se liant aux récepteurs des globules blancs et les recrutant pour lutter contre les infections. Mais elle peut facilement passer à une seconde forme qui tue les envahisseurs bactériens en tant qu‘antibiotique.

Les avantages de l’instabilité

Mais pourquoi cette dualité serait-elle plus intéresante que d’avoir deux protéines spécialisées?

Si une seule protéine peut faire double emploi, elle évite à la cellule de transcrire, de traduire et de maintenir plus d’un gène. Donc une économie en matériel et en énergie.

Mais l’avantage le plus convaincant est peut-être que la capacité de transformation de la protéine peut donner au corps un moyen plus dynamique de contrôler ses défenses contre les bactéries.

Parce que XCL1 peut adopter ses deux formes pliées avec une probabilité égale, il peut basculer entre elles plus rapidement qu’une fois par seconde. Mais des changements de température ou de concentration de sel ou l’introduction de partenaires de liaison peuvent modifier cet équilibre. Par exemple, autour des agents pathogènes microbiens, davantage de protéines XCL1 restent bloquées dans la conformation qui interagit avec les membranes microbiennes, déplaçant l’équilibre vers ce pli. Ailleurs dans l’organisme, la protéine peut adopter l’autre pli plus souvent et se lier aux récepteurs des globules blancs pour les mobiliser. C’est avantageux, car la protéine peut maximiser la bonne fonction au bon endroit et au bon moment

La commutation de plis métamorphique permet également au corps d’éliminer une fonction indésirable simplement en basculant la structure de la protéine vers l’autre conformation, plutôt que d’avoir à attendre que la protéine se dégrade. Cela a l’élégance de la simplicité».

Le coté sombre de cette dualité : les prions

Le prion est une protéine qui peut devenir pathogène en changeant sa conformation dans l’espace. Lorsqu’elle est mal repliée, la protéine prion se dégrade difficilement, elle s’accumule et forme des dépôts à l’intérieur et à l’extérieur des cellules du cerveau. La protéine prion anormale peut transmettre son anomalie de conformation à d’autres protéines prion.

De manière générale, les maladies à prions, comme la maladie de Creutzfeldt-Jakob, entraînent une dégénérescence du système nerveux central. L’encéphalopathie se développe chez l’adulte, elle conduit à une démence et à d’autres signes neurologiques (troubles de la coordination…). La maladie évolue rapidement jusqu’au décès.

Source 1: QuantaMagazine.

Source 2: Futura Sciences

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