Une fabrique de protéines

Les protéines ont de nombreuses fonctions dans l’organisme : elles structurent les cellules, assurent leur métabolisme et permettent aussi la transmission d’information. Elles sont les produits de l’expression des gènes qui est elle-même régulée (déclenchée ou inhibée) par des protéines.

Ces grosses molécules sont constituées de séquences d’acides aminés générées par la transcription de séquences d’ADN des chromosomes en ARN messagers puis par la traduction de ces ARN. L’organisme humain comporte plusieurs dizaines de milliers de protéines différentes, alors qu’une bactérie en comporte typiquement 4 000.

L’ingénierie des protéines vise à mieux comprendre comment elles se replient dans l’espace et à saisir les relations entre leurs structures tridimensionnelles et leurs fonctions. Certaines d’entre elles, les enzymes, catalysent (accélèrent) des réactions chimiques. Leur fonction spécifique dépend en grande partie de quelques acides aminés souvent situés en leur coeur.

Pour identifier ces acides aminés particuliers, on modélise les protéines sur ordinateur pour tenter d’évaluer leur « comportement chimique ». Une autre approche consiste à modifier un ou quelques acides aminés dans la séquence. On introduit pour cela un gène muté, légèrement différent du gène original, dans des bactéries ou des levures qui produisent alors une protéine différente en quantité suffisante pour l’étudier ou l’utiliser. Cependant, il demeure très difficile de prédire l’impact de l’échange de tel ou tel acide aminé par un autre. Cette maîtrise, nommée « mutagenèse rationnelle », permettrait pourtant d’avancer plus rapidement dans la recherche médicale ou dans l’optimisation de procédés industriels.

Notre équipe travaille notamment sur des glycosidases, des enzymes qui découpent des oligosaccharides (chaînes de sucres simples : glucose, galactose...). À chaque sucre correspond une glycosidase particulière pouvant couper la liaison qui l’attache au sucre voisin. Nous cherchons à modifier des glycosidases pour qu’elles provoquent non pas la coupure mais la synthèse de sucres particuliers et obtenir ainsi des oligosaccharides difficiles à synthétiser par voie chimique. La mutagenèse rationnelle n’étant pas encore accessible, nous employons une stratégie « d’évolution dirigée » consistant à introduire des mutations aléatoires dans le gène codant pour une glycosidase et à repérer les mutants qui réalisent la synthèse souhaitée. L’identification des gènes mutés correspondants nous permet de créer des bactéries génétiquement modifiées qui produisent des glycosidases mutantes d’intérêt thérapeutique. En effet, ces dernières réalisent la synthèse d’oligosaccharides qui jouent des rôles importants à la surface de nos cellules, dans la réaction inflammatoire ou dans la défense immunitaire. L’un d’entre eux est l’antigène du groupe sanguin de type O, un récepteur cellulaire par lequel les Norovirus, responsables de gastro-entérites, se fixent sur les cellules de l’intestin pour les infecter. Son analogue artificiel pourrait donc agir comme un leurre contre ces virus et servir ainsi d’antivirus spécifique.

Structure d’une glycosidase reconstituée grâce à une cristallographie aux rayons X. Les acides aminés représentés en vert, au centre, sont responsables de l’activité catalytique spécifique de cette enzyme. Les hélices rouges et les feuillets jaunes sont des enchaînements d’acides aminés particuliers. © UMR 6204