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Mesurer la répartition des peptides

L'interaction entre les membranes cellulaires et certains polypeptides joue un rôle essentiel dans de nombreux processus biologiques. Ces processus comprennent par exemple, l'insertion et le pliage des membranes protéiques, le passage de toxines par ces membranes ou l'action des peptides antibiotiques.
Mesurer la répartition des peptides
Chez les organismes eucaryotes comme l'homme, les peptides hydrophobes sont transportés par un complexe de translocation (le translocon) dans la bicouche lipidique pour former des hélices transmembranaires stables. Le mécanisme de transfert des peptides dans la bicouche lipidique des organelles de nos cellules n'est pas encore complètement compris et leur observation précise est freinée par l'agrégation de ces peptides hydrophobes en solution.

Le projet PEPTIDE PARTITIONING («Experimental measurement of the direct partitioning of peptides into lipid bilayers»), financé par l'UE, a pu réaliser une estimation quantitative précise des modifications de l'énergie libre générée par le transfert de ces peptides d'un milieu aqueux vers la bicouche lipidique. Par simulation numérique, les chercheurs ont réussi à replier directement les hélices transmembranaires dans la membrane lipidique.

Les résultats du projet et l'usage de cette technique de simulation validée expérimentalement devraient nous permettre de mieux comprendre la formation et la structure des protéines membranaires ainsi que leur fonction. Cette approche in silico pourra également être adaptée pour la simulation des dynamiques de repliement de protéines membranaires complexes se repliant plusieurs fois dans la couche membranaire.

Les partenaires du projet ont ainsi conçu des peptides synthétiques hydrosolubles associés à la membrane afin de quantifier directement les modifications d'énergie libre en utilisant un essai expérimental d'insertion membranaire. Ces peptides ont été obtenus en modifiant des peptides d'insertion de faible pH (pH LIP, pour low insertion pH). Leur solubilité à pH neutre et leur capacité d'insertion spontanée dans la bicouche lipidique lorsque le pH diminue permet aux chercheurs de mesurer leur répartition d'énergie libre.

Pour les études in silico au niveau atomique, les chercheurs ont élaboré de larges polypeptides capables de se replier librement dans le milieu aqueux et de se répartir dans et hors de la bicouche lipidique. Ils ont ainsi confirmé que la mesure des modifications thermiques, des états d'énergie et des conditions d'équilibre corrélaient avec les résultats expérimentaux. Ces résultats ont été validés par spectroscopie du dichroïsme circulaire basée sur rayonnement synchrotron et par l'essai d'insertion membranaire.

Une meilleure compréhension de la dynamique des protéines transmembranaires rendra la conception de nouveaux repliements protéiques possible avec des implications importantes dans les secteurs pharmaceutiques et biomédicaux. Des thérapies innovantes pourront, par exemple, être développées pour combattre le cancer ou les troubles neurologiques et psychiatriques.

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