Pendant des décennies, les acides aminés ont été ajoutés à des formulations médicales comme l'insuline comme stabilisateurs: ces petites molécules empêchent des protéines (c'est-à-dire des particules plus grandes) d'interagir de manière indésirable. Et pendant des décennies, les scientifiques ont su que cela fonctionne – mais pas pourquoi.
Maintenant, une équipe internationale de scientifiques, dirigée par le laboratoire supramoléculaire des nano-matériaux et des interfaces de l'École d'ingénierie de l'EPFL, a finalement expliqué le « pourquoi '' – et, ce faisant, a découvert un effet stabilisant fondamental de toutes les petites molécules en solution. La découverte a été publiée dans Nature En collaboration avec Alfredo Alexander-Katz au MIT et des chercheurs de l'Université du Sud des Sciences et de la technologie en Chine, y compris l'ancien ancien de l'EPFL Zhi Luo.
« Lorsqu'ils sont en suspension en solution, les protéines changent constamment de forme autour d'une forme centrale, et donc la théorie dominante a été que les acides aminés aident à empêcher les protéines de se replier », explique le récent diplômé du doctorat EPFL et premier auteur Ting Ting MAO.
« Maintenant, nous montrons que ce n'est pas le cas. En fait, l'effet stabilisant des acides aminés a peu à voir avec la biologie mais est plutôt une propriété générale de toutes les petites molécules par rapport à des particules plus grandes, appelées colloïdes, en solution. »
Équilibrer l'attraction et la répulsion
Pour comprendre cet effet colloïdal de petites molécules, les nano-matériaux supramoléculaires et les interfaces chefs de laboratoire Francesco Stellacci suggèrent d'imaginer deux collègues marchant les uns vers les autres sur les côtés opposés d'un couloir.
Imaginez que ces deux collègues s'entendent très bien et veulent toujours s'arrêter et discuter. Si le couloir est vide, ils se replieront immédiatement et se réuniront. Mais si le couloir devient soudainement bondé, ils peuvent ne pas se voir jusqu'à ce qu'ils soient déjà passés, ou même se manquer entièrement. Ce phénomène, appelé attraction de dépistage, est la façon dont les acides aminés affectent les particules plus grandes: elles jouent le rôle de la foule dans le couloir, décourageant les interactions de passage. «
Francesco Stellacci, chef, laboratoire supramoléculaire nano-matériaux et interfaces
Fait intéressant, les scientifiques savent depuis plus d'un siècle que les sels font le contraire: ils dépulsent la répulsion. Dans l'exemple du couloir, Salt joue également le rôle de la foule, seulement dans ce cas, il empêche deux collègues hostiles d'éviter une interaction délicate.
« Ce que nous avons découvert, c'est que les acides aminés sont essentiellement l'anti-sel, car ils ont un effet de« dépistage »opposé. Vous pouvez même le voir dans la nature: il a été démontré que lorsqu'une plante est arrosée avec de l'eau salée, ses cellules produiront plus d'acides aminés pour les stabiliser à mesure qu'ils deviennent stressés par l'augmentation de la concentration de sel», explique le scientifique de l'EPFL et le co-authentique quant à la surprise.
Meilleur contrôle des interactions moléculaires
Les chercheurs disent que leur travail fournit un argument solide pour signaler les concentrations d'acides aminés dans les études scientifiques à l'avenir. « En biologie, on ne ferait jamais d'expérience sans signaler la concentration ionique (sel) d'une solution. Notre travail montre que les concentrations d'acides aminés ont tout autant d'impact et devraient donc être signalées tout aussi rigoureusement », explique Stellacci.
En effet, Stellacci poursuit déjà le potentiel inexploité de ces effets moléculaires dans le cadre de sa subvention Advanced ERC récemment financée. « Nous voulons comprendre comment les petites molécules comme les acides aminés sont au cœur d'une fonction biologique saine. Avec le soutien de notre subvention ERC, notre objectif est finalement de prédire quelles molécules peuvent stabiliser les protéines et quelle quantité – quelque chose qui est actuellement effectué par essai et erreur dans la recherche biomédicale. »
