Études relatives à la structure des protéines – comprendre les composants essentiels de la vie

Les chercheurs de l'institut Paul Scherrer étudient des protéines de classes différentes dans le but de comprendre leur structure et leur fonction. Les thèmes de recherche abordés au PSI incluent l'étude des protéines du squelette cellulaire qui confèrent leur forme aux cellules et qui leur permettent de se mouvoir, l'étude des protéines membranaires qui déterminent quelles substances doivent être transportées à l'intérieur d'une cellule ou bien hors de celle-ci, ou bien encore la manière dont les signaux sont transmis à la cellule.

En plus de la recherche en tant que telle portant sur les protéines, les chercheurs s'engagent également en faveur du développement de nouvelles techniques destinées à déterminer les structures des protéines – en particulier au moyen de la lumière synchrotron à la source de lumière synchrotron suisse SLS – et de la fabrication robotisée de quantités importantes de protéines nécessaires à ces recherches.

Un grand nombre des résultats ainsi obtenus pourraient, à long terme, contribuer au développement de nouvelles méthodes de traitement du cancer. La recherche développée au PSI aide à mieux comprendre les processus biologiques vitaux ayant lieu au sein des cellules biologiques. Ces connaissances pourraient permettre de développer des cibles spécifiques au sein des cellules cancéreuses de manière à bloquer leur développement ou bien même visant à les détruire.

Le cytosquelette, un assemblage de fibres polymères, traverse l'ensemble de la cellule vivant, la stabilise et lui permet de garder sa forme. Il ne constitue alors pas un squelette rigide, mais réagit plutôt de manière flexible aux influences extérieures ainsi qu' aux besoins spécifiques de la cellule et participe activement à de nombreux processus vitaux dans la cellule.

Les chercheurs du PSI étudient la structure des protéines liées au cytosquelette pour comprendre le rapport entre leur structure et leur fonction. Ils se sont ainsi intéressés à des protéines qui relient les extrémités des fibres du cytosquelette aux différents éléments de la cellule, tels que les chromosomes ou la membrane cellulaire. Ils sont parvenus à faire une grande avancée dans la compréhension des mécanismes de fonctionnement de ces protéines en découvrant le mécanisme de reconnaissance des extrémités des fibres et de leur fixation.

En tant que composant d'un organisme vivant, une cellule vivante échange en permanence avec son environnement. Ainsi, la cellule reçoit des signaux provenant de l'extérieur qui vont déclencher des processus à l'intérieur de la cellule. Parallèlement, l'échange de substances entre l'intérieur de la cellule et l'environnement doit être contrôlé. Ces processus sont gérés par des protéines spéciales qui, en fonction des conditions, vont modifier leur forme et, par conséquent, leur comportement.

Il existe ainsi un grand nombre de protéines qui sont présentes dans la membrane d'une cellule et qui transmettent vers l'intérieur, des signaux reçus de l'extérieur. Un tel signal peut, par exemple, être un neurotransmetteur qui transmet un signal d'un neurone à un autre. Une molécule étudiée par les chercheurs du PSI et désignée par l'abréviation VEGF stimule le développement certaines cellules en vaisseaux sanguins. Le VEGF se lie aux extrémités d'une protéine, un récepteur, qui est accessible sur la face externe de la cellule. La liaison du VEGF au récepteur entraîne une modification de la structure de ce dernier. En l'espace de quelques secondes, cette modification de la structure du récepteur agit sur la face interne de la membrane cellulaire et déclenche une cascade de réactions chimiques au sein de la cellule, ce qui va alors modifier son fonctionnement.

D'autres protéines contrôlent les échanges avec l'environnement de la cellule. Ainsi, la conduction du signal dans un neurone est fonction de l'entrée ou de la sortie, au bon moment, de certains ions Dans le but de contrôler ces échanges, certaines protéines membranaires se sont spécialisées dans le transport de ces ions à travers la membrane et servent de canaux ioniques.

L'objectif des chercheurs du PSI est de déterminer la structure de différentes protéines membranaires et de pouvoir en déduire leur fonction exacte. Ils approfondissent par exemple les connaissances dont nous disposons sur la manière dont les structures de la protéine se modifient lorsqu'elles sont associées ou non à une molécule de signalisation.

Pour leurs travaux, les chercheurs utilisent non seulement toute la palette de procédures standard de la biologique structurale, mais ils développent aussi de nouvelles méthodes. Cela va des procédures automatisées pour la fabrication de grandes quantités de protéines dont les chercheurs ont besoin jusqu'à des procédures d'analyses précises avec la lumière synchrotron à la SLS.

Pour l'étude de leur structure, les chercheurs ont besoin de quantités de protéines qui dépassent largement les quantités dans lesquelles celles-ci sont présentes dans les organismes vivants. Les chercheurs du PSI travaillent au développement de procédures permettant d'automatiser les processus de fabrication complexes à l'aide de robots.

Avec la source de lumière synchrotron suisse, le PSI dispose d'une installation qui ouvre des possibilités uniques pour la biologie structurale. La cristallographie des protéines fournit actuellement les meilleures structures, mais nécessite que les protéines soient cristallisées. Malheureusement, dans certains cas les protéines ne peuvent pas être cristallisées, ou bien encore le cristal influence la forme de la protéine et ne permet pas de répondre aux questions posées. Pour cela, les chercheurs travaillent à l'adaptation de la méthode de diffusion aux petits angles aux besoins de la biologie structurale. La procédure permet de déterminer l'enveloppe tridimensionnelle des protéines qui se trouvent sous forme dissoute. La méthode de diffusion aux petits angles complète de manière idéale les procédures qui sont aujourd'hui couramment utilisées pour décoder la structure des protéines.

Vous trouverez plus d'informations concernant l'étude de la structure tridimentionelle des protéines au PSI sur le site en langue anglaise du laboratoire de recherche biomoléculaire.