Une nouvelle méthode de conception des protéines modulaires
Les protéines sont des molécules complexes responsables de la majeure partie du travail qui s’effectue dans nos cellules. Elles jouent un rôle essentiel dans la structure, la fonction, la régulation et le bien-être de l’organisme. Et si les protéines pouvaient faire encore plus? «Les protéines naturelles ne représentent qu’une infime partie de toutes les séquences et structures protéiques possibles», explique Roman Jerala, biochimiste à l’Institut national de chimie de Slovénie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Le défi consiste à concevoir de nouvelles protéines qui n’ont pas encore évolué dans la nature. «Créer des structures protéiques avec de nouvelles formes et caractéristiques pourrait inaugurer de nouvelles percées dans les domaines de la médecine, de la technologie et de la science», ajoute Roman Jerala. Le projet MaCChines(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), mené par Roman Jerala, répond à ce défi.
Les avantages des modules de construction de superhélices
Le projet, qui a reçu le soutien du Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CER), entendait faire progresser la conception de protéines modulaires basées sur ce que l’on appelle des modules de construction de superhélices. Le chercheur principal, Roman Jerala, explique que les superhélices sont constituées d’au moins deux hélices peptidiques (une structure secondaire des protéines) enroulées l’une autour de l’autre. Contrairement aux protéines naturellement évoluées, dont le pli est défini par le noyau hydrophobe, ces protéines conçues en laboratoire sont définies par l’agencement de modules formant des dimères de superhélices reliées en une seule chaîne polypeptidique. Cette chaîne s’assemble en une voie conçue pour former de nouveaux plis protéiques. Les modules de formation de dimères médient l’interaction de deux sous-unités de protéines (dimères de protéines), qui sont cruciales pour de nombreuses fonctions cellulaires. Les scientifiques peuvent utiliser ces modules pour concevoir des protéines présentant des fonctions et des interactions spécifiques. «Ces molécules programmables disposent de nombreuses propriétés et peuvent être produites par des usines cellulaires de manière durable et efficace en termes d’énergie et de ressources», explique Roman Jerala. «En outre, grâce à leur structure définie à l’échelle nanométrique, nous escomptons qu’ils soient efficaces en termes de reconnaissance, de diffusion et de catalyse et qu’ils trouvent des applications en médecine, en biotechnologie et dans d’autres domaines.»
Les résultats dépassent les attentes
À l’aide de ces modules de construction de superhélices, le projet MaCChines a conçu et caractérisé de nouveaux types de cages de protéines inconnues dans la nature, régulé leur assemblage et leur désassemblage à l’aide d’ions métalliques et de protéases, conçu leur voie de repliement et démontré leur utilité pour plusieurs types de régulation cellulaire. «Le projet s’est révélé très productif et il a même, à plusieurs égards, dépassé mes propres attentes», confie Roman Jerala. Les constructions du projet sont disponibles via Addgene(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et d’autres chercheurs les utilisent entre autres dans les domaines de la biologie synthétique et de la bio-nanotechnologie.
Le rôle de la conception modulaire des protéines dans un monde basé sur l’IA
Les progrès sont incroyablement rapides, et la conception des protéines ne fait pas exception. Il se fait que les récentes protéines basées sur l’IA réalisent déjà les rêves des concepteurs de protéines. Roman Jerala est toutefois convaincu que les travaux du projet auront un impact durable. «Bien que nous adoptions pleinement la technologie de conception générative des protéines, les principes de conception modulaire des protéines ne sont pas réalisables via des conceptions basées sur l’IA», conclut Roman Jerala. «Certains de nos modèles, dont les structures ont été déterminées expérimentalement, ne peuvent toujours pas être prédits par des programmes d’IA en raison de la complexité de leur topologie.» Soutenu par le nouveau projet PROFI financé par le CER et s’appuyant sur les bases établies par MaCChines, l’équipe de recherche de Roman Jerala se concentre désormais sur la régulation des cellules de mammifères à l’aide de protéines conçues. Ils espèrent également explorer la transposition des outils de biologie synthétique en applications thérapeutiques.
