Une nouvelle méthode permet une analyse rapide de la structure cristalline de protéines intrinsèquement désordonnées

Les protéines intrinsèquement désordonnées (IDP) peuvent modifier dynamiquement leurs conformations en fonction de leur environnement externe et peuvent donc se lier à différents composés. Cependant, ils sont difficiles à analyser. Aujourd’hui, les chercheurs de Tokyo Tech ont résolu ce problème avec un nouveau pipeline qui permet une analyse rapide de la structure cristalline des IDP via une technique de cristallisation des protéines acellulaires.

De nombreuses personnes considèrent plus facilement les protéines comme une sorte de « machinerie moléculaire » rigide, chaque protéine ayant une structure bien définie qui permet ou complète ses fonctions. Cependant, de nombreuses protéines importantes ne possèdent pas une telle structure tridimensionnelle fixe. Au lieu de cela, ces protéines dites intrinsèquement désordonnées (IDP) peuvent adopter un large éventail de conformations différentes en fonction de leur environnement externe. Cette flexibilité inhérente aux IDP les rend polyvalents et, en général, capables de se lier à de nombreux composés différents.

Comparées à d’autres types de protéines, les IDP peuvent être assez difficiles à analyser. Pour comprendre les fonctions biologiques d’un PDI, il est utile d’identifier les facteurs – ou déterminants – qui peuvent stabiliser ses sous-régions au niveau atomique. Une approche importante pour y parvenir consiste à immobiliser un IDP cible en le faisant se lier à un échafaudage cristallin protéique, ce qui permet l’utilisation de techniques cristallographiques protéiques. Cependant, les méthodes actuellement disponibles pour y parvenir sont assez lentes et peu pratiques à utiliser.

Dans ce contexte, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Takafumi Ueno de l'École des sciences et technologies de la vie et de l'International Research Frontiers Initiative (IRFI), tous deux à l'Institut de technologie de Tokyo(Tokyo Tech), au Japon, a entrepris d'établir un système plus fiable et méthode polyvalente. Dans leur dernière étude, publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciencesils rendent compte du développement d'un pipeline innovant pour l'analyse rapide de la structure cristalline des PDI.

L’un des points forts de ce pipeline est son utilisation d’une méthode de cristallisation de protéines acellulaires (CFPC) pour obtenir qu’un IDP souhaité se lie à un cristal d’échafaudage. Pour illustrer l'utilisation du pipeline, les chercheurs ont concentré leurs efforts sur un fragment de c-Myc, un IDP issu d'une famille de gènes qui régulent la progression du cycle cellulaire, l'apoptose et d'autres fonctions cellulaires.

À l’aide de Foldit, un logiciel de prédiction de la structure des protéines, l’équipe a conçu un cristal de polyèdres (PhC) dérivé de cellules d’insectes comme échafaudage sur lequel les fragments de c-Myc se lieraient. Pour accélérer la cristallisation croisée entre les fragments PhC et c-Myc, les chercheurs ont préparé l’ARNm du monomère PhC fusionné par c-Myc et l’ont mélangé dans un système contenant des extraits cellulaires et les unités de construction de PhC.

Étant donné que les extraits cellulaires contiennent la machinerie cellulaire nécessaire pour transcrire l’ARNm, ce système peut produire de grandes quantités de PhC fusionnées c-Myc sans dépendre de cellules vivantes, accélérant considérablement la stabilisation de l’IDP et simplifiant son extraction ultérieure pour analyse.

Une fois les fragments cristallisés de c-Myc analysés, les chercheurs ont utilisé la simulation de dynamique moléculaire pour introduire stratégiquement des mutations dans le gène c-Myc avant de répéter les étapes susmentionnées. En comparant la façon dont les fragments modifiés se sont liés à l’échafaudage PhC et aux structures formées, l’équipe a pu déterminer les résidus clés qui ont finalement régi la stabilisation de c-Myc.

“Ces résultats soulignent la puissance de notre méthode de criblage CFPC en tant qu'outil précieux pour déterminer les structures des protéines cibles difficiles et élucider les interactions moléculaires essentielles qui régissent leur stabilité”, explique Ueno.

La stratégie proposée pourrait être d’une grande utilité dans l’étude de la liaison biomoléculaire, qui constitue un aspect fondamental dans des domaines comme la médecine et la biologie cellulaire.

“Notre système de criblage sera appliqué pour cibler les IDP dont les partenaires de liaison n'ont pas encore été identifiés et pour concevoir de nouvelles molécules de liaison, telles que des inhibiteurs”, explique Ueno. “En outre, le criblage rapide des structures cristallines pourrait nous permettre de construire une bibliothèque de conception de cristaux de protéines, accélérant ainsi l'élucidation des mécanismes de repliement des IDP.”