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Les protéines chaperons se replient-elles mal ?

Les protéines chaperons se replient-elles mal ?


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Si les protéines chaperons moléculaires aident au processus de repliement d'autres protéines et de protéines mal repliées, les chaperons peuvent-ils eux-mêmes se replier mal puisqu'ils sont également des protéines ? Que se passerait-il si les chaperons se pliaient mal ? Peuvent-ils mal se plier du tout ? Pourquoi ou pourquoi pas?


Les protéines chaperonnes sont toujours des protéines et elles peuvent certainement mal se replier comme n'importe quelle autre. Si cela se produit, il sera soit assisté par un autre chaperon et aura le temps de se plier avec succès, soit il sera détruit. Si cela se produit trop souvent et que la quantité de chaperons est trop faible ou que le nombre de protéines dépliées ou mal repliées devient excessif*, la réponse protéique dépliée peut être déclenchée et, si elle ne résout pas le problème et que la cellule reste stressée, la cellule subira une apoptose et mourra.

Certains chaperons, en particulier les protéines de choc thermique, peuvent être plus résistants au mauvais repliement. C'est vrai parce qu'ils doivent être capables de résister à des conditions nocives qui dénaturent d'autres protéines. Cependant, tous les chaperons ne sont pas résistants à la chaleur et beaucoup ne sont plus intrinsèquement résistants à la dénaturation.

* Il n'est pas rare qu'un "mauvais" lot de protéines soit créé. Cela peut se produire avec une erreur de transcription lors de la synthèse d'ARNm puisque chaque molécule d'ARNm est lue par de nombreux ribosomes. Cela peut aussi naturellement arriver avec les chaperons.


Comment les chaperons favorisent des formes correctes de protéines même dans des conditions de stress dénaturant

Hsp70 résout les états mal repliés et accélère le repliement productif des protéines via la conformation élargie. Crédit : Rahmi Imamoglu

Les protéines sont des macromolécules synthétisées sous le contrôle de l'ADN et remplissent presque toutes les fonctions dans nos cellules. Cependant, ils doivent se replier dans leurs structures tridimensionnelles uniques pour remplir leurs activités biologiques. Le repliement des protéines est un processus sujet aux erreurs, et la façon dont il est accompli avec succès est une grande question en biologie cellulaire, étant donné que les protéines mal repliées sont la principale cause de nombreux troubles neurodégénératifs tels que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington. Pour assurer un repliement correct et éviter un repliement incorrect, les cellules expriment diverses classes de protéines appelées chaperons moléculaires. Les chaperons moléculaires sont une classe de protéines qui aident les protéines à atteindre les structures tridimensionnelles correctes et à prévenir les erreurs de repliement. La déficience des chaperons moléculaires s'est avérée pertinente pour les maladies neurodégénératives et les cancers. Comprendre comment les chaperons moléculaires aident d'autres protéines a une grande importance biologique et médicale.

Hsp70 est l'une des principales classes chaperon qui joue un rôle essentiel dans le repliement et l'homéostasie des protéines, et est donc impliquée dans les maladies neurodégénératives et les cancers. Les chercheurs savent que Hsp70 se lie aux protéines dépliées et mal repliées, empêchant ainsi leur agrégation. L'agrégation se produit lorsque plusieurs protéines dépliées ou mal repliées s'agglutinent, ce qui entraîne généralement des formes pathologiques.

Il a longtemps été supposé que Hsp70 ne modifie pas la cinétique de repliement des protéines, qu'elle pourrait se lier à des protéines dépliées ou mal repliées et empêcher les interactions non natives et indésirables qui provoquent l'agrégation. Cependant, fait intéressant, nous avons constaté que les chaperons Hsp70 accélèrent le repliement productif des protéines en plus de la prévention de l'agrégation. C'est surprenant car cela donne un nouvel aperçu des rôles physiologiques de Hsp70 qui non seulement empêchent l'agrégation dans des conditions de stress, mais favorisent également l'état natif via un mécanisme de repliement accéléré. Dans des conditions de stress telles qu'une température élevée, les protéines ont tendance à mal se replier car leurs structures fonctionnelles natives sont marginalement stables. Nous suggérons que Hsp70, même dans des conditions dénaturantes, favorise l'état natif via un mécanisme de repliement accéléré puisque le repliement assisté par Hsp70 est plus rapide que le mauvais repliement des protéines dans des conditions de stress.

De plus, nous avons testé comment Hsp70 accélère le repliement des protéines. Nous avons constaté que la Hsp70 elle-même ne peut pas empêcher la formation de protéines mal repliées, mais la convertit rapidement à l'état natif via un mécanisme hautement étendu. Hsp70 se lie aux états compacts, mal repliés et non natifs des protéines et conduit à la formation d'une conformation fortement expansée. Hsp70 engage la protéine expansée liée à un repliement rapide, et le système Hsp70 favorise le repliement via la conformation expansée.

Comprendre le mécanisme de repliement de Hsp70 offre une nouvelle perspective sur le développement de thérapies pour les maladies neurodégénératives et les cancers.

Plus d'information: Rahmi Imamoglu et al. La Hsp70 bactérienne résout les états mal repliés et accélère le repliement productif d'une protéine multidomaine, Communication Nature (2020). DOI : 10.1038/s41467-019-14245-4

Cette histoire fait partie de Science X Dialog, où les chercheurs peuvent rapporter les résultats de leurs articles de recherche publiés. Visitez cette page pour plus d'informations sur ScienceX Dialog et comment participer.


Les chaperons moléculaires sont des nanomachines qui déplient catalytiquement des protéines mal repliées et alternativement repliées

En raison de leur capacité générale à se lier (maintenir) à des polypeptides transloquants ou dépliants autrement condamnés à s'agréger, les chaperons moléculaires sont communément appelés "holdases". Pourtant, les chaperons portent également des fonctions physiologiques qui ne nécessitent pas la prévention de l'agrégation, telles que la modification des états natifs des protéines, comme dans le désassemblage des complexes SNARE et des manteaux de clathrine. Pour exercer ces fonctions physiologiques, les principaux membres des familles de chaperons Hsp70, Hsp110, Hsp100 et Hsp60/CCT agissent comme des enzymes de dépliage catalytique ou des dépliases qui entraînent des cycles itératifs de liaison, de dépliage/tirage et de libération des protéines. Un chaperon déplié peut ainsi convertir successivement de nombreux substrats polypeptidiques mal repliés ou repliés alternativement en intermédiaires dépliés transitoirement, qui, une fois libérés, peuvent se replier spontanément en produits natifs de faible affinité. Alors que pendant le stress, un grand excès de chaperons non catalytiques en mode de maintien peut prévenir de manière optimale l'agrégation des protéines, après le stress, les désagrégations et dépliases catalytiques peuvent agir comme des nanomachines qui utilisent l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour réparer les protéines dont les conformations sont compromises. Ainsi, les chaperons de maintien et de déploiement catalytique peuvent agir comme des défenses cellulaires primaires contre la formation de conformères protéotoxiques précoces mal repliés et agrégés afin d'éviter ou de retarder l'apparition de maladies dégénératives de la conformation des protéines.

Les figures

Pliage de naissant et mal plié…

Repliement de polypeptides naissants et mal repliés par le réseau de chaperons cytosoliques. Un nouveau…

Désagréger et déployer les chaperons de manière transitoire…

La désagrégation et le déploiement des chaperons augmentent transitoirement l'énergie libre des mal repliés ou alternativement…


Les chaperons chimiques ont aidé les protéines à faire leur travail pendant des milliards d'années

Un ancien produit chimique, présent depuis des milliards d'années, semble avoir aidé les protéines à fonctionner correctement depuis des temps immémoriaux.

Les protéines sont les chevaux de bataille du corps et, comme les chevaux, elles travaillent souvent en équipe. Il existe une équipe moderne de plusieurs protéines chaperons qui aident d'autres protéines à se replier dans les formes 3D complexes qu'elles doivent atteindre pour fonctionner. Cela est nécessaire pour éviter de nombreuses maladies graves causées par un mauvais comportement des protéines.

Mais que s'est-il passé avant la formation de cette équipe de chaperons ? Comment les cellules primordiales qui étaient les ancêtres de la vie moderne ont-elles gardé leurs protéines repliées et fonctionnelles ?

Des scientifiques de l'Université du Michigan ont découvert qu'un produit chimique ancien extrêmement simple appelé polyphosphate peut jouer le rôle d'un chaperon. Il a probablement joué ce rôle il y a des milliards d'années et conserve toujours son ancien emploi aujourd'hui.

"Le polyphosphate est probablement présent depuis le début de la vie sur Terre et on pense qu'il existe chez toutes les créatures vivantes", a déclaré le chercheur postdoctoral Michael Gray. "Cela signifie que c'est extrêmement important, mais personne ne savait vraiment à quoi cela servait.

"Nous avons découvert que les bactéries accumulent du polyphosphate pour se défendre contre les conditions de développement des protéines causant des maladies. Le polyphosphate purifié fonctionne bien pour protéger les protéines dans le tube à essai, montrant que ce produit chimique simple peut se substituer à l'équipe complexe de chaperons de protéines."

La découverte dévoile un mystère évolutif de longue date qui pourrait conduire à de nouvelles stratégies de traitement des maladies du repliement des protéines telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, qui se produisent lorsque les protéines se replient ou s'accumulent.

"Une fois que nous saurons manipuler les niveaux de polyphosphate dans les cellules et les organismes, nous devrions être en mesure d'améliorer le repliement des protéines et de développer des contre-mesures contre les maladies du repliement des protéines", a déclaré Ursula Jakob, professeur à l'UM en charge de la recherche.


Les prions chaperonnés : la machinerie cellulaire pour propager une protéine infectieuse ?

Les chaînes polypeptidiques nouvellement fabriquées nécessitent l'aide de chaperons moléculaires non seulement pour atteindre rapidement leurs formes tridimensionnelles finales, mais aussi pour se déplier puis les replier correctement vers leur forme biologiquement active en cas de mauvais repliement. La plupart des prions sont un type inhabituel de protéine qui peut exister dans l'une des deux conformations stables, dont l'une conduit à la formation d'une forme infectieuse repliée alternativement. Des études sur la levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiae) ont révélé que les prions peuvent exploiter la machinerie moléculaire des chaperons dans la cellule afin d'assurer une propagation stable de la forme infectieuse sujette à l'agrégation. La désagrégation des agrégats de prions de levure par des chaperons moléculaires génère des formes de la protéine prion qui peuvent amorcer la polymérisation de la protéine qui sous-tend le cycle de propagation du prion. Dans cet article, nous passons en revue ce que nous avons appris sur le rôle des chaperons moléculaires dans la propagation des prions de levure, décrivons un modèle qui peut expliquer le rôle de diverses classes de chaperons moléculaires et de leurs co-chaperons, et spéculons sur l'implication possible des chaperons dans la propagation des prions de mammifères.


Protéines chaperonnes

Les protéines chaperons supervisent l'ensemble du processus dans le ribosome et participent à chaque étape de la gestion des protéines mal repliées, comme le contrôle de la qualité et, si besoin, le repliement correct. R

Ils peuvent également dégrader les protéines si besoin (via l'ubiquination ou l'autophagie). R

Il y a deux types de chaperons que nous devons aborder

Chaperons liés à la synthèse des protéines (CLIP) R

Protéines de choc thermique (FSS) R

Les inhibiteurs de Hsp90 activent généralement HSF1, qui à son tour induit Hsp70 :

Hsp70 favorise leur dégradation via le système UPS R

Hsp90 stabilise les protéines clientes et inhibe leur ubiquitination R


Remarques finales

Parce que de nombreux composants et mécanismes sont partagés entre les systèmes, il semble de moins en moins raisonnable de considérer les mécanismes de contrôle de la qualité dans le cytosol, le RE et les mitochondries comme des événements indépendants ou non liés. Ainsi, dans tous les compartiments, les chaperons de type Hsc/Hsp70 semblent être des acteurs centraux qui aident à la fois l'UPS et d'autres protéases à sélectionner des substrats mal repliés. En outre, la production d'espèces réactives de l'oxygène mitochondrial affecte non seulement les protéines mitochondriales, mais provoque également un stress oxydatif au sein d'autres composants cellulaires et conduit à la nécessité d'un contrôle qualité et d'une dégradation coordonnés [ [83] ]. Remarquablement, jusqu'à 20 % de la surface mitochondriale est en contact avec le RE dans ce qu'on appelle la membrane associée aux mitochondries et permet ainsi une communication étroite entre ces deux compartiments [ [84] ]. Pendant le stress du RE, l'étendue des membranes associées aux mitochondries augmente. Les facteurs de stress du RE comme Ero1α se localisent sur la membrane associée aux mitochondries dans des conditions de stress et le RE UPR peut provoquer une apoptose dépendante des mitochondries via la signalisation calcique entre les deux organites le long de la membrane associée aux mitochondries [ [84] ]. De plus, étant donné que le cytosol contient plusieurs types différents de chaperons de type Hsc/Hsp70, il est possible que les différents E3 coopèrent avec différents sous-ensembles de Hsc/Hsp70.

La découverte récente du fonctionnement de San1 dans l'ubiquitylation indépendante du chaperon est intéressante et suggère que d'autres E3 pourraient avoir adopté des mécanismes similaires pour cibler des protéines mal repliées. L'identification et la caractérisation de ces enzymes sont importantes. Cependant, en raison des vastes zones désordonnées de ces enzymes, l'identification des orthologues n'est pas simple, ce qui peut également expliquer pourquoi de simples recherches d'homologie de séquence n'ont pas encore révélé d'orthologue humain de San1. Enfin, parce que les cellules déficientes pour CHIP dégradent normalement les clients chaperons [ [25] ], d'autres E3 ont forcément des fonctions qui se chevauchent. Certes, les E3 mentionnés ici (tableau 1) incluent certains candidats, mais d'autres E3, non encore identifiés, spécifiques de protéines mal repliées sont susceptibles d'exister. Sur la base de la vitesse à laquelle ce domaine s'est développé, nous pensons que ces enzymes seront identifiées et caractérisées à l'avenir. Cependant, à l'heure actuelle, nous nous retrouvons avec de nombreuses questions sans réponse, qui doivent être résolues avant que nous puissions pleinement apprécier comment se déroule la dégradation des protéines mal repliées et proposer de nouvelles stratégies pour traiter les diverses maladies liées aux déséquilibres de ce système. Par exemple, parallèlement à l'UPS, le système autophagie-lysosome fournit également à la cellule des moyens de détruire les protéines intracellulaires, et ici les chaperons semblent à nouveau jouer un rôle majeur dans la sélection du substrat [ [6] ]. Cependant, l'importance relative de ces deux systèmes dans des conditions physiologiques et lors de stress reste incertaine.


Les chaperons chimiques ont aidé les protéines à faire leur travail pendant des milliards d'années

Un ancien produit chimique, présent depuis des milliards d'années, semble avoir aidé les protéines à fonctionner correctement depuis des temps immémoriaux. Les protéines sont les chevaux de bataille du corps et, comme les chevaux, elles travaillent souvent en équipe. Il existe une équipe moderne de plusieurs protéines chaperons qui aident d'autres protéines à se replier dans les formes 3D complexes qu'elles doivent atteindre pour fonctionner. Cela est nécessaire pour éviter de nombreuses maladies graves causées par un mauvais comportement des protéines.

Mais que s'est-il passé avant la formation de cette équipe de chaperons ? Comment les cellules primordiales qui étaient les ancêtres de la vie moderne ont-elles gardé leurs protéines repliées et fonctionnelles ?

Des scientifiques de l'Université du Michigan ont découvert qu'un produit chimique ancien extrêmement simple appelé polyphosphate peut jouer le rôle d'un chaperon. Il a probablement joué ce rôle il y a des milliards d'années et conserve toujours son ancien emploi aujourd'hui.

"Le polyphosphate est probablement présent depuis le début de la vie sur Terre et on pense qu'il existe chez toutes les créatures vivantes", a déclaré le chercheur postdoctoral Michael Gray. "Cela signifie que c'est extrêmement important, mais personne ne savait vraiment à quoi cela servait.

"Nous avons découvert que les bactéries accumulent le polyphosphate pour se défendre contre les conditions de développement des protéines causant des maladies. Le polyphosphate purifié fonctionne bien pour protéger les protéines dans le tube à essai, montrant que ce produit chimique simple peut se substituer à l'équipe complexe de protéines chaperons."

La découverte dévoile un mystère évolutif de longue date qui pourrait conduire à de nouvelles stratégies de traitement des maladies du repliement des protéines telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, qui se produisent lorsque les protéines se replient ou s'accumulent.

"Une fois que nous saurons manipuler les niveaux de polyphosphate dans les cellules et les organismes, nous devrions être en mesure d'améliorer le repliement des protéines et de développer des contre-mesures contre les maladies du repliement des protéines", a déclaré Ursula Jakob, professeur à l'UM en charge de la recherche.


Comment les protéines prions provoquent-elles un mauvais repliement d'une copie normale ?

La réponse longue est que les chercheurs sur les prions essaient toujours de déterminer s'il s'agit d'une médiation par la chaparone (connue sous le nom de théorie de la protéine x) ou s'il existe une structure intermédiaire entre l'état classiquement mal replié et l'état normal qui sert de modèle pour un nouveau repliement erroné.

Nous ne savons même pas quelle est la structure de la protéine prion mal repliée !! (Nous avons des structures EM de la forme normale, mais la purification de la forme mal repliée s'est avérée extrêmement difficile, et sans un échantillon purifié, nous ne pouvons pas résoudre correctement la structure).

Donc, encore une fois, en fin de compte, nous ne savons pas, mais c'est quelque chose qui fait l'objet d'une enquête active ! Si vous avez d'autres questions, n'hésitez pas à me MP !!

Edit: Après avoir parlé avec l'un des PI avec qui je travaille et qui est un expert de premier plan dans le domaine de la structure du prion, il m'a dit que lui et ses collègues ont actuellement un article en cours d'examen dans lequel ils spéculent sur la façon dont la protéine prion mal repliée interagit avec la protéine prion normale (cellulaire). Alors restez à l'écoute! Une fois que j'aurai appris qu'il a été accepté pour publication, j'essaierai d'obtenir une copie du manuscrit et de le publier comme son propre message dans r/science

Ouh. Je ne connaissais pas les modèles à médiation par chaperon. Dans ces derniers, quel est l'agent qui peut propager la maladie ?

Quelle est la raison pour laquelle les protéines mal repliées sont dominantes sur le type correct ? Un futur remède possible serait-il de réintroduire des protéines correctement repliées ?

En tant qu'étudiant en médecine, je me demande pourquoi la chaleur ne dénature pas les prions. Les prions ne sont que des protéines et très tôt, nous avons appris que les protéines se dénaturent à la chaleur et pourtant les prions ne peuvent pas être désinfectés à partir des instruments chirurgicaux dans l'autoclave, à savoir la chaleur et la pression. Comment résistent-ils à ces forces ?

L'état mal replié agit-il comme un chaperon pour l'état natif, abaissant le delta-G de dénaturation et permettant à la protéine de tester de nouvelles conformations et de tomber dans le "sink" de l'état mal replié ?

La fusion empêche alors le repliement dans l'état natif. Est-ce correct?

Si vous savez et avez le temps, pourquoi est-il si difficile de le purifier (ou où puis-je en savoir plus à ce sujet) ?

Dans quelle mesure les prions sont-ils différents en termes de charge de surface, d'hydrophobie de surface, de morphologie, etc. par rapport à la forme native qui les rend si difficiles à purifier ? Sont-ils difficiles à résoudre même avec une colonne à phase inversée ??

Pourquoi est-ce si difficile à purifier ? Avez-vous essayé toutes les techniques de chromatographie standard et toujours rien ? Affinité (Ni, GST), resQ, resS, dimensionnement, HIC, etc. ? Comment les exprimez-vous (ecoli, insecte, hek?), ou doivent-ils être récoltés à partir de tissus animaux.

Pensez-vous que tous (un type particulier de) prions ont la même structure, de sorte que si vous aviez suffisamment de prions/matériaux purifiés, vous pourriez former un cristal ou y a-t-il trop de désordre ?

Sont-ils glycosylés ou modifiés post-traductionnellement ?

Vont-ils replier les cibles in vitro en leur faisant perdre leur activité catalytique ?

Les prions replient-ils mal chaque protéine qu'ils entrent en contact avec une autre protéine ? Si non, quels sont les types de protéines qui résistent à ce mauvais repliement ?

L'agent prion majeur chez les mammifères est une protéine mal repliée nommée, à juste titre, protéine prion ou Prp. C'est remarquable pour le fait qu'il est très, très bien considéré par les mammifères et pour le fait que nous ne sommes pas sûrs de ce qu'il fait. Son isoforme normale est identique à la forme de la maladie mais a une forme conformationnelle différente. Ce que nous savons, c'est qu'il existe une version mal repliée de la protéine (que nous appelons Prp (sc)) qui forme des agrégats dans le tissu neural résistant à la protéolyse. C'est ce que l'on retrouve dans les encéphalopathies spongiformes. Le fait que la PrP soit ainsi conservée nous indique à la fois que la maladie a un potentiel de transmission inter-espèces et qu'elle doit faire QUELQUE CHOSE et peut-être quelque chose d'important. La pression évolutive d'une protéine hautement exprimée qui ne fait que provoquer une maladie est parfois extrêmement improbable.

Le mécanisme qui provoque la propagation de la PrP(sc) n'est pas bien caractérisé et constitue une forme de recherche active. Alors que l'opinion populaire est en faveur d'un mode de propagation viral (c'est-à-dire que la PrP(sc) a une action enzymatique qui stimule le changement structurel de la PrP(c)), il existe d'autres études qui semblent contester que l'agrégat protéique mal replié est pas lui-même l'agent causal mais un symptôme. Je ne sais pas quelles preuves soutiennent cette dernière théorie, mais les commentaires antérieurs que j'ai faits me font sentir que le prion est bien l'agent causal. Plus de lecture est nécessaire!

C'est une connaissance de super niveau de surface et peut-être dépassée ! Espérons que quelqu'un ayant une expertise spécifique dans la maladie à prions puisse ébrécher les prions - les prions sont toujours un agent pathogène assez étrange !


Chaperons : sonder les secrets structurels des protéines protectrices de première ligne de la cellule

Cette image de spectrométrie de résonance magnétique nucléaire montre une protéine de choc thermique liée à une protéine dépliée. Charalampos Kalodimos, PhD, et d'autres ont récemment découvert que les protéines protectrices, appelées chaperons, aident à garantir le bon repliement des protéines.

Les molécules appelées chaperons sont la première ligne de défense contre les protéines qui se « détériorent » dans les cellules. Normalement, les protéines sont repliées à partir d'une forme initiale en forme de chaîne en enzymes fonctionnelles globulaires et autres composants cellulaires. Mais lorsqu'une cellule est soumise à un stress, les protéines peuvent se déplier, mal se replier ou former des amas toxiques. Un tel dysfonctionnement peut donner lieu à des maladies neurodégénératives et à d'autres affections.

Les chaperons, présents dans toutes les cellules et tous les organismes, se lient de manière transitoire aux protéines pour éviter de tels dysfonctionnements. Cependant, jusqu'à nos travaux, personne ne connaissait les détails structurels de la façon dont un chaperon se lie à sa protéine « cliente ». Publié dans Science, nos derniers travaux ont utilisé la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) pour capturer les interactions moléculaires hautement transitoires et instables entre un chaperon et sa protéine cliente.

Dans notre centre de spectroscopie RMN biomoléculaire, nous venons d'ajouter un spectromètre RMN 1,1 GHz, l'instrument RMN le plus puissant au monde pour l'étude des protéines, de l'ARN et d'autres molécules biologiques. Cette machine nous permet d'analyser la structure de molécules restées jusqu'ici hors de notre portée.

En spectroscopie RMN, des champs magnétiques intenses sont utilisés pour modifier une molécule ou un complexe moléculaire afin de produire des signaux qui peuvent être analysés pour révéler leur structure. La spectroscopie RMN peut uniquement « voir » dans les moindres détails les interactions de molécules biologiques subissant des changements rapides dans la solution liquide, qui est leur environnement naturel. En revanche, d'autres techniques structurelles, telles que la cristallographie aux rayons X, peuvent produire des structures détaillées, mais uniquement dans des molécules cristallisées statiques.

Dans nos expériences, nous avons utilisé la spectroscopie RMN pour analyser l'interaction entre une machine chaperon en trois parties biologiquement critique appelée Hsp40-Hsp70-NEF et une protéine cliente. Ces trois composants liés interagissent avec la protéine pour la protéger d'un mauvais repliement ou d'une agrégation, ce qui pourrait être catastrophique pour la cellule.

La molécule Hsp40 a interagi avec des protéines que nous avons manipulées biochimiquement pour les maintenir dans leur état déplié. Cette interaction moléculaire complexe, comme des pièces de puzzle complexes s'assemblant, n'avait jamais été cartographiée auparavant. Nos découvertes sont particulièrement importantes car ce complexe chaperon se trouve dans toutes les cellules et dans tous les règnes des êtres vivants.

Une fois que nous avons eu ces informations structurelles détaillées, nous avons testé sa validité en modifiant sélectivement la molécule Hsp40 par mutation à ce que nous avons appelé des « points chauds ». Il s'agissait d'unités de la molécule Hsp40, appelées acides aminés, dont nous savions qu'elles étaient essentielles à l'interaction chaperon-client. Si ces mutations du hotspot rendaient le Hsp40 non fonctionnel, cela confirmait que nos informations structurelles étaient correctes.

Ce qui est particulièrement fascinant à propos de nos découvertes structurelles, c'est que Hsp40 interagit très différemment avec les mêmes protéines clientes qu'avec deux autres chaperons que nous avons analysés précédemment. Nous savons que la multitude de chaperons dans les cellules se présente sous différentes tailles et architectures et nous savons maintenant qu'ils ont également différents mécanismes de liaison qui conduisent à des résultats biologiques variables. Nous analysons maintenant une gamme de chaperons pour découvrir s'il y a des thèmes structurels communs entre eux.

Notre exploration d'une propriété importante du complexe tripartite Hsp40-Hsp70-NEF est également passionnante. Cette machine chaperon est capable non seulement de protéger sa protéine cliente d'un mauvais repliement, mais aussi de replier activement la protéine à son état actif ou « natif ». Comprendre les détails structurels de ce processus critique est l'un des objectifs majeurs de nos futures études.

Nous savons que les troubles dont le cancer et les maladies neurodégénératives sont associés à une surproduction de chaperons ou à une mutation génétique qui altère leur structure. Cependant, nous n'avons que maintenant la capacité d'étudier les interactions chaperon-client pour commencer à comprendre leur association. Nous espérons que nos études fondamentales feront la lumière sur ces molécules mystérieuses et mèneront à terme à des traitements cliniques.

Le département de biologie structurale de St. Jude, dont je suis le président, dispose d'un ensemble entièrement intégré de machines d'analyse au service de nos chercheurs. Outre la spectrométrie RMN, le département propose des techniques telles que la cristallographie aux rayons X, la cryomicroscopie et la tomographie électroniques, la spectroscopie de molécule unique et la spectrométrie de masse. Chacun d'eux donne des pièces uniques du puzzle des structures 3-D des molécules biologiques.