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Organisation spontanée d’hélices biomimétiques hydrosolubles

Des chercheurs du Laboratoire de chimie et biologie des membranes et nanoobjets (CNRS / Université de Bordeaux), en collaboration avec des chercheurs de l’Institut européen de chimie et biologie (CNRS / Inserm / Université de Bordeaux) ont conçu des hélices biomimétiques amphiphiles capables de s’organiser spontanément en milieu aqueux pour former des architectures assemblées qui évoquent les structures des protéines. La diversification de ces nanostructures par le choix des séquences des hélices pourrait permettre la fabrication de nanomatériaux fonctionnels pour la reconnaissance et la délivrance de molécules ou bien encore pour la catalyse. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Chemistry.

Les protéines sont des chaines polypeptidiques dont les formes et les fonctions sont intrinsèquement liées à la séquence de résidus d’acides aminés qui les compose. Les vingt résidus à disposition chez les êtres vivants pour écrire ces séquences permettent d’encoder pour chaque protéine les informations nécessaires au repliement en éléments structuraux élémentaires (hélices, feuillets, coudes) jusqu’à la structure finale (tertiaire et quaternaire) résultant de leur assemblage.

Inspirés par ces édifices polypeptidiques, les chercheurs bordelais ont réussi à transposer ces processus de repliement et d’assemblage à des chaines moléculaires artificielles (non peptidiques) pour créer à l’échelle nanométrique dans un environnement aqueux des objets auto-assemblés aux formes inédites, et qu’ils ont pu caractériser avec une précision atomique (faisceaux à 6 hélices et nanotubules de diamètres variés – voir Figure).

guichard
Exemples d’assemblages obtenus dans un environnement aqueux à partir de séquences d’oligomères d’urée repliées en hélices. Au centre : projection de l’hélice des oligo-urées montrant la distribution des cinq résidus a-e se répétant à la surface, tous les deux tours d’hélices.
© Gilles Guichard

Pour cela, ils ont conçu des brins oligomériques constitués de chainons urée, porteurs de chaines latérales protéinogènes capables de se replier en structures hélicoïdale. Les séquences des oligomères synthétisés contiennent une certaine proportion de résidus à chaine polaire (hydrophile) et non polaire (hydrophobe) qui vont pouvoir, en fonction de leur arrangement à la surface de l’hélice, conditionner la manière dont les hélices s’assemblent dans l’eau. Comme pour les protéines solubles, l’effet hydrophobe, qui conduit à l’enfouissement des chaines latérales non polaires et au positionnement des chaines polaires en surface, est prépondérant.
La synthèse automatisable de ces oligomères et la modularité des séquences suggèrent que l’approche décrite par les chercheurs pourrait servir à la fabrication d’une gamme beaucoup plus étendue d’assemblages, de stœchiométries et de formes nouvelles. Ces travaux pourraient contribuer au développement de nouveaux nanomatériaux fonctionnels : catalyseurs, biocapteurs ou agents de délivrance de principes actifs. Il est également possible d’imaginer relier de manière covalente ces brins assemblés pour former des protéines bioniques composées d’un squelette entièrement non peptidique donc résistant, en principe, à la dégradation par les protéases.

Référence

Gavin W. Collie, Karolina Pulka-Ziach, Caterina M. Lombardo, Juliette Fremaux, Frédéric Rosu, Marion Decossas, Laura Mauran, Olivier Lambert, Valérie Gabelica, Cameron D. Mackereth & Gilles Guichard
Shaping quaternary assemblies of water-soluble non-peptide helical foldamers by sequence manipulation.
Nature Chemistry 28 septembre 2015

DOI : 10.1038/nchem.2353

Contact chercheur

Gilles Guichard, Laboratoire de chimie & biologie des membranes & des nano-objets – Bordeaux
Courriel : g.guichard@iecb.u-bordeaux.fr
Tél. : 05 40 00 30 20

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken