Tout comme l’espace recèle des mystères infinis, lorsque nous zoomons au niveau des biomolécules (un trillion de fois plus petites qu’un mètre), il y a encore tant à apprendre.
Catherine Royer de l’Institut polytechnique de Rensselaer, titulaire de la chaire Constellation, professeure de bioinformatique et de bioinformatique à la Shirley Ann Jackson, Ph.D. Centre de biotechnologie et d’études interdisciplinaires (CBIS) et professeur de sciences biologiques, se consacre à la compréhension des paysages conformationnels des biomolécules et à la manière dont elles modulent la fonction cellulaire.
Lorsque les biomolécules reçoivent certains apports, cela peut entraîner le réarrangement des atomes et le changement de forme de la biomolécule. Ce changement de forme affecte leur fonction dans les cellules, il est donc essentiel de comprendre la dynamique conformationnelle pour le développement de médicaments.
Dans une recherche récemment publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, Royer et son équipe ont examiné la dynamique conformationnelle d’un acide ribonucléique de transfert humain (ARNt) sous haute pression hydrostatique. La haute pression a conduit à une population accrue d’états excités par l’ARNt qui existent normalement à des niveaux très bas, permettant de nouvelles connaissances sur la fonction de l’ARNt.
Nous nous intéressons à l’observation des états excités car ils conduisent à des conformations en dehors de celles qui peuvent être déterminées par cristallographie aux rayons X, résonance magnétique nucléaire (RMN) ou microscopie électronique. Nous commençons à comprendre qu’il existe bien plus de structures biomoléculaires qu’on ne le pensait auparavant et, pour le développement de thérapeutiques, nous devons comprendre à quoi ressemblent ces états.. »
Catherine Royer, professeur titulaire de la chaire Constellation, bioinformatique et bioinformatique, Rensselaer Polytechnic Institute
Pour cette recherche, Royer a utilisé de l’ARNt humain plutôt que des protéines, ce qu’elle étudie généralement. « Il n’y a pas eu beaucoup de travaux sur les états excités des grosses molécules d’ARN, c’est donc ce qui rend cette recherche unique », a déclaré Royer.
Royer et son équipe ont appris que les états excités jouent non seulement un rôle dans la fonction normale des ARNt pour la traduction des protéines à partir de l’ARN messager, mais jouent probablement aussi un rôle dans l’infection par le VIH. Le VIH infecte environ 1,5 million de personnes dans le monde chaque année.
« La RMN a révélé que les liaisons hydrogène qui maintiennent l’ARNt ensemble sont affaiblies dans ces états excités », a déclaré Royer. « La diffusion des rayons X aux petits angles à haute pression, que nous avons effectuée au CHESS, a révélé que la forme de l’ARNt changeait dans ces états excités. Les zones qui ont été modifiées par la pression se trouvent également être les zones qui sont détournées par le VIH. lors de l’infection. » CHESS, ou Cornell High Energy Synchrotron Source, est une installation de rayonnement synchrotron à la pointe de la technologie et la seule aux États-Unis qui permet des mesures de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) à haute pression sur des biomolécules.
Royer et son équipe supposent que les configurations d’état excité de l’ARNt qu’ils ont observées sous pression pourraient être exploitées par l’ARN viral envahissant pour initier la transcription inverse du VIH. Ce processus est lié à l’infectiosité du virus.
« La recherche du Dr Royer, avec son équipe, peut faire progresser notre compréhension de la façon dont le VIH se propage », a déclaré Deepak Vashishth, directeur du CBIS. « De plus, plus de 80 % de la biomasse microbienne sur Terre existe à haute pression. Comprendre comment les séquences biomoléculaires sont adaptées pour fonctionner dans des environnements à haute pression donnera lieu à de nouvelles approches pour développer des biomolécules plus robustes et plus actives pour la biotechnologie.
« C’est une période passionnante pour être dans la biologie structurale à haute pression », a déclaré Richard Gillilan de CHESS. « Les gens savent depuis un certain temps que les biomolécules font des choses intéressantes sous une pression extrême, mais, jusqu’à très récemment, des technologies comme la RMN à haute pression et le SAXS n’étaient tout simplement pas disponibles pour la communauté de recherche générale. Maintenant, nous pouvons commencer à voir quelle pression fait dans les détails moléculaires, et il y a beaucoup d’intérêt dans plusieurs domaines scientifiques, y compris la biomédecine. »
