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L'ingénierie des protéines à l'aide de techniques de reconstruction ancestrale

La plupart des gens associent le mot «ancêtres» à leurs arrières grands-parents et à la lignée familiale. Cependant, et ce n'est d'ailleurs pas surprenant étant donné la nature de l'évolution, les ancêtres moléculaires de nos protéines se trouvent souvent dans d'autres espèces.
L'ingénierie des protéines à l'aide de techniques de reconstruction ancestrale
Les progrès en évolution moléculaire ont permis d'explorer les mécanismes selon lesquels les familles de protéines divergent. Des recherches sont actuellement en cours pour trouver des techniques expérimentales aboutissant à des résurrections ou des reconstructions ancestrales. Les expériences menées à ce jour ont montré que les ancêtres reconstruits sont davantage sujets à la divergence fonctionnelle. Ils sont plus stables sur une large fourchette de températures, avec une possibilité plus élevée d'évoluer que d'autres familles de protéines. Même si le potentiel de développement de mutants modifiés par génie génétique avec de nouvelles fonctionnalités est élevé, les techniques existantes sont trop limitées dans leur portée pour que cela devienne une réalité.

Des scientifiques ont lancé le projet PROTEINARCHEOLOGY («Protein archaeology: Reconstructed ancestors for protein engineering and crystallography»), financé par l'UE, en vue de développer des méthodologies présentant de meilleures capacités. Les techniques de résurrection ancestrale développées dans le cadre du projet ont été appliquées à deux familles de protéines pour isoler les clones actifs présentant une activité catalytique élevée. Cette technique a nécessité de sélectionner seulement entre 200 et 300 variantes, et non les milliers requis dans le cadre d'expériences classiques d'évolution dirigée. Ainsi, les bibliothèques ancestrales fournissent un point d'entrée puissant pour l'ingénierie d'enzymes afin d'améliorer la fonctionnalité catalytique dans les variantes générées, avec une plus grande stabilité et une plus grande solubilité.

De plus, les scientifiques ont appliqué ces techniques dans l'espoir de mieux comprendre les mécanismes évolutionnaires des protéines liant les phosphates (PBP). La liaison des phosphates est une fonction que l'on peut observer dans les organismes anciens. Les PBP présentent une grande affinité pour les phosphates et sont essentiels au processus cellulaire fondamental d'absorption des phosphates. Les chercheurs ont entrepris la caractérisation biochimique et structurelle détaillée de cinq PBP. Les résultats ont montré que cette famille de protéines est sous pression en matière de sélection pour leur forte affinité pour les phosphates et leur sélectivité extrêmement élevée. Des travaux révolutionnaires ont permis de démontrer le mécanisme de cette sélectivité inédite. Cela offre des options pour le développement de médicaments ultrasélectifs et de nombreuses autres molécules hautement spécifiques, qui sont intéressantes d'un point de vue industriel.

Le projet PROTEINARCHEOLOGY a ouvert la voie à l'ingénierie hautement efficace de protéines, qui aura d'importantes répercussions en chimie industrielle et dans le domaine thérapeutique. Ces outils puissants seront également essentiels pour dévoiler les mécanismes de l'évolution moléculaire et les facteurs qui guident l'évolution.

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