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Former des complexes fonctionnels stables pour étudier les protéines instables

L’équipe de Marc Ruff à l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire a développé une méthodologie innovante permettant de produire des complexes macromoléculaires stables pour les études structurales et fonctionnelles des protéines. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Les avancés récentes en biologie ont montré que la plupart des fonctions cellulaires sont effectuées par des complexes multi-protéiques transitoires. La purification de protéines repose sur une série de procédés destinés à isoler une ou des protéines à partir d'un mélange complexe présent dans un extrait cellulaire. Il s’agit d’une étape importante en recherche fondamentale pour caractériser la fonction, la structure et les interactions d'une protéine d'intérêt, mais aussi en recherche appliquée et dans l’industrie pour la préparation de produits et de réactifs.
Cependant, la purification des protéines participant à ces complexes est entravée par leur faible quantité, leur hétérogénéité, leur instabilité ainsi que leur faible solubilité. Pour contourner ces difficultés, les chercheurs ont élaboré une méthodologie permettant de reconstituer des complexes multi-protéiques non covalents in vitro ou in cellulo par l'assemblage des molécules partenaires autour de la protéine centrale et ainsi de produire des complexes stables pour les études structurales et fonctionnelles.
Cette procédure a été évaluée et appliquée par l’équipe de Marc Ruff à deux familles de protéines particulièrement difficiles à étudier : les récepteurs nucléaires stéroïdiens humains et le complexe de pré-intégration du VIH-1.
Dans le cadre d’études de régulation de la transcription, l’équipe a produit et purifié des complexes stables impliquant le domaine de liaison à l’hormone des récepteurs des œstrogènes (ER) et des glucocorticoïdes (GR) en interaction avec un domaine complet du facteur de transcription intermédiaire 2 (TIF2) contenant les trois motifs de liaison aux récepteurs nucléaires. Ceci a permis d’obtenir le premier complexe stable de GR avec un domaine complet d'une protéine partenaire et de démontrer qu'une molécule de TIF2 se lie à un dimère de GR ou ER et interagit avec les récepteurs nucléaires par un mécanisme de repliement induit.

Par ailleurs, les chercheurs ont appliqué cette nouvelle méthodologie à la compréhension des processus moléculaires dans lesquels interviennent des complexes nucléoprotéiques impliquant l’intégrase du virus de l'immunodéficience humaine (VIH). Leur but est d’obtenir des vues en trois dimensions de ces complexes au cours du cycle de réplication du VIH. Deux complexes de l’intégrase du VIH-1 en interaction avec des protéines cellulaires partenaires ont été étudiés. Ceci permet de proposer des mécanismes moléculaires pour l’intégration de l’ADN viral dans l’ADN cellulaire. Cette étude démontre de plus l’importance de l’organisme dans lequel sont produites les protéines participantes. En effet, la haute qualité, en termes de stabilité et de fonctionnalité, des complexes produits en cellules de mammifères ouvre de nouvelles perspectives pour de futures études structurales et fonctionnelles ainsi que pour la recherche de nouvelles molécules inhibitrices du cycle viral. Enfin, ces travaux ouvrent la voie à une application thérapeutique de cette nouvelle technologie. En effet, les complexes multi-protéiques obtenus peuvent être utilisés pour la découverte d’une nouvelle famille de médicaments : les inhibiteurs de conformation. Ces molécules qui agissent en bloquant les protéines dans une forme donnée, permettront d’inhiber l’infection virale dans le cas du VIH.

Figure : L’assemblage des complexes fonctionnels stables requiert différents partenaires : protéines multi-domaines (X-Y-Z) reliés par des liaisons non structurées (lignes bleues) permettant une grande flexibilité entre les domaines (double-flèches), protéines à domaine unique (A, B), acides nucléiques (ADN ou ARN) et petites molécules (disques jaunes).

© Marc Ruff

Références :

Contacts :

  • Marc Ruff

    Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    CNRS UMR 7104, Inserm U964, Université de Strasbourg
    Parc d'Innovation
    1 Rue Laurent Fries
    BP 10142
    67404 Illkirch Cedex

    Tel: 03 88 65 33 49