Percer les secrets des enzymes, les catalyseurs de la vie
La vie ne serait pas possible sans les enzymes. Les réactions chimiques qui génèrent les substances dont nos cellules et notre corps ont besoin sont toutes réalisées par des enzymes. Affectant toutes les fonctions, de la respiration à la digestion, cette classe de protéines est capable d’accélérer considérablement le rythme de réactions chimiques qui seraient autrement impossibles à réaliser. Cependant, jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas vraiment compris comment les enzymes coordonnent leurs activités au sein de la cellule: ce que la science moderne a désormais les moyens d’aborder. Le projet MetaQ se concentre sur une molécule appelée coenzyme Q et sur la manière de la biosynthétiser. Bien qu’elle soit principalement connue comme ingrédient dans les produits de beauté, la coenzyme Q est en fait présente partout dans la nature et est essentielle à la vie. C’est un médiateur chimique clé de la respiration, elle fonctionne comme un antioxydant et les altérations de ses niveaux sont liées à de nombreuses maladies. «En raison de sa complexité, de son rôle essentiel dans la vie et de son importance biomédicale, la production de coenzyme Q constitue un système idéal pour étudier la manière dont les cellules coordonnent l’activité enzymatique dans le temps et l’espace», explique Andrea Mattevi, chef de projet à l’université de Pavie, en Italie. La coenzyme Q constitue un modèle idéal pour aborder les questions qui motivent la recherche MetaQ: Comment les enzymes s’assurent-elles d’échanger efficacement des molécules entre elles? Comment empêchent-elles la perte ou la dégradation des produits de réaction avant qu’ils ne soient traités par l’enzyme suivante dans la chaîne? Comment une enzyme spécifique est-elle recrutée pour une voie métabolique plutôt qu’une autre? On espère que la biosynthèse de la coenzyme Q apportera des réponses.
Pas une soupe, mais un assemblage
Depuis son lancement en octobre 2023, MetaQ a découvert plusieurs étapes chimiques inconnues auparavant dans la biosynthèse de la coenzyme Q dans les cellules humaines. «Il s’agit d’une avancée fondamentale qui permet de mieux comprendre cette voie métabolique essentielle», commente Andrea Mattevi. L’équipe a également découvert que les enzymes impliquées dans ce processus se rassemblent pour former un assemblage lâche qui fonctionne comme une usine chimique. «Dans cette configuration, la série de réactions est effectuée de manière séquentielle, ce qui minimise la perte de composés intermédiaires qui pourraient être toxiques pour la cellule», note le chercheur. Selon Andrea Mattevi, il s’agit de l’un des premiers exemples démontrant que les cellules ne sont pas simplement une «soupe d’enzymes», chaque enzyme effectuant sa réaction chimique de manière isolée. «Au contraire, il existe des niveaux d’organisation plus élevés dans lesquels les enzymes interagissent et se co-localisent pour coordonner leurs activités, améliorer leur efficacité et réduire la production de déchets ou, pire, de sous-produits nocifs.» Le prochain objectif du projet est de développer et d’appliquer des outils expérimentaux pour comprendre le fonctionnement de cette machinerie enzymatique: comment les enzymes se rassemblent, comment elles interagissent et comment elles coordonnent leurs fonctions grâce à leur proximité physique. Les chercheurs du projet MetaQ (When enzymes join forces: unmasking a mitochondrial biosynthetic engine) prévoient ensuite d’étendre leurs recherches à d’autres processus métaboliques où l’orchestration enzymatique permet des fonctions chimiques et métaboliques complexes ayant d’importantes implications biomédicales. Si vous souhaitez voir votre projet présenté comme le «Projet du mois» d’une de nos prochaines éditions, veuillez nous envoyer un courrier électronique à l’adresse editorial@cordis.europa.eu, en nous précisant les raisons!