Mesurer les interactions moléculaires

La science a déjà vu quelques "omiques", comme la génomique ou la protéomique. La première s'occupe de l'analyse systématique de tous les gènes d'un organisme, la seconde de l'ensemble des protéines d'une entité biologique.

Avec l'interactomique protéine-métabolite, le groupe de Paola Picotti, professeure de biologie systémique moléculaire, ajoute désormais une nouvelle "omique" à son palmarès. Elle vient de publier dans la revue spécialisée C?té externeCell a publié une étude dans laquelle elle analyse, quantifie et met en relation pour la première fois de manière systématique les interactions de toutes les protéines avec de petites molécules métaboliques, les métabolites, au niveau de l'ensemble du protéome.

Les interfaces font la différence

Les chercheurs ont mis en évidence combien de toutes les substances contenues dans une E.-coli-Les protéines et les enzymes présentes dans les cellules bactériennes interagissent avec les métabolites. Les scientifiques ont utilisé pour cela une approche qu'ils ont appelée protéolyse limitée (LiP), couplée à des mesures de spectrométrie de masse.

Pour ce faire, les chercheurs ont extrait de la cellule bactérienne le suc cellulaire avec toutes les protéines qui s'y trouvent. Ils ont ensuite ajouté un métabolite à un tel échantillon et l'ont laissé interagir avec les protéines. Enfin, ils ont fait fragmenter les protéines en petits morceaux (peptides) par des "ciseaux moléculaires". Au total, les chercheurs ont testé de cette manière 20 métabolites différents et leur interaction avec les protéines.

Lorsqu'une protéine interagit avec un métabolite, soit en se pla?ant dans son centre actif, soit en se fixant ailleurs, la structure de la protéine se modifie. Les "ciseaux moléculaires" la découpent à des endroits différents de la structure d'origine, ce qui donne un ensemble différent de peptides.

A l'aide du spectromètre de masse, les chercheurs ont mesuré tous les fragments présents dans l'échantillon et ont reconstruit sur ordinateur, à l'aide des données obtenues, les différences ou modifications structurelles et leur localisation dans la protéine.

Les connaissances sur l'interactome protéine-métabolite, c'est-à-dire les interactions entre les protéines et les métabolites ainsi que les réseaux (de signalisation) moléculaires correspondants, étaient jusqu'à présent très modestes, comparées à celles sur les interactions entre les protéines elles-mêmes ou entre les protéines et l'ADN ou l'ARN. Cette étude accro?t désormais brusquement ces connaissances.

Des centaines de nouvelles interactions découvertes

Pour E. coli Picotti et son équipe ont découvert, gr?ce à cette approche, quelque 1650 interactions protéines-métabolites différentes, dont plus de 1400 étaient jusqu'alors inconnues. Des milliers de sites de liaison sur les protéines, sur lesquels les métabolites peuvent se fixer, ont également été mis en évidence. "Bien que le métabolisme de E. coli et que de nombreuses molécules impliquées sont déjà très bien connues, nous avons réussi à découvrir de nombreuses nouvelles interactions et les sites de liaison correspondants", se réjouit la chercheuse. Selon elle, cela prouve le fort potentiel de l'approche choisie. "Les données que nous avons générées avec cette technique aident à identifier de nouveaux mécanismes de régulation, des enzymes inconnues et des réactions métaboliques inédites dans la cellule".

Dans leur étude, les chercheurs montrent en outre que les petites molécules métaboliques se lient de préférence aux protéines (et les régulent ainsi) dont la concentration est plus ou moins constante au fil du temps. Cela laisse supposer que la liaison des métabolites aux protéines ainsi que les modifications de la concentration des protéines sont deux voies complémentaires par lesquelles les cellules régulent l'activité des protéines.

Une modification structurelle régule l'activité

Les protéines peuvent être activées ou inactivées relativement rapidement par le biais d'un changement de structure médié par des métabolites. "Une telle modification structurelle peut être inversée plus rapidement", explique Picotti. Du point de vue de la cellule, cela est souvent judicieux. En effet, passer par une modification de la concentration signifie pour la cellule qu'elle doit dégrader ou reconstruire des protéines. Cela lui co?te plus de temps, d'énergie et de ressources.

Picotti et ses collaboratrices ont en outre pu démontrer que de nombreuses enzymes sont moins sélectives qu'on ne le pensait jusqu'à présent. Elles peuvent apparemment lier plusieurs métabolites différents et les transformer chimiquement. Jusqu'à présent, on partait du principe que les enzymes étaient majoritairement spécifiques à quelques molécules très similaires.

Tester des substances actives avec une nouvelle approche

L'industrie pharmaceutique est très intéressée par cette nouvelle approche. Elle permet de tester l'interaction des substances actives avec les protéines cellulaires et d'identifier les cibles d'un médicament. Les chercheurs pourraient ainsi étudier à quelles protéines et à quels sites ce principe actif se lie, comment il modifie sa structure et influence ainsi son activité. Cela facilite et accélère les tests et le développement de nouvelles substances actives.

La professeure de l'ETH a déjà fait breveter la méthode. Le preneur de licence exclusif est le spin-off de l'ETH. C?té externeBiognosys,L'équipe de recherche de l'Université de B?le a utilisé cette méthode pour tester différentes substances actives pour le compte d'entreprises pharmaceutiques.