Une équipe de scientifiques dirigée par l’Université d’Oxford a réalisé une percée significative dans la détection des modifications des structures protéiques. La méthode, publiée dans Nanotechnologie de la natureutilise une technologie innovante de nanopores pour identifier les variations structurelles au niveau de la molécule unique, même au plus profond des longues chaînes protéiques.
Les cellules humaines contiennent environ 20 000 gènes codant pour des protéines. Cependant, le nombre réel de protéines observées dans les cellules est bien plus élevé, avec plus d’un million de structures différentes connues. Ces variants sont générés par un processus connu sous le nom de modification post-traductionnelle (PTM), qui se produit après qu’une protéine a été transcrite à partir de l’ADN. PTM introduit des changements structurels tels que l’ajout de groupes chimiques ou de chaînes glucidiques aux acides aminés individuels qui composent les protéines. Il en résulte des centaines de variations possibles pour la même chaîne protéique.
Ces variants jouent un rôle central en biologie, en permettant une régulation précise des processus biologiques complexes au sein des cellules individuelles. La cartographie de cette variation permettrait de découvrir une mine d’informations précieuses qui pourraient révolutionner notre compréhension des fonctions cellulaires. Mais à ce jour, la capacité de produire des inventaires complets de protéines est restée un objectif insaisissable.
Pour surmonter cela, une équipe dirigée par des chercheurs du département de chimie de l’Université d’Oxford a développé avec succès une méthode d’analyse des protéines basée sur la technologie de séquençage ADN/ARN nanopore. Dans cette approche, un flux directionnel d’eau capture et déplie les protéines 3D en chaînes linéaires qui sont alimentées à travers de minuscules pores, juste assez larges pour qu’une seule molécule d’acide aminé puisse passer. Les variations structurelles sont identifiées en mesurant les changements dans un courant électrique appliqué à travers le nanopore. Différentes molécules provoquent différentes perturbations du courant, leur conférant une signature unique.
L’équipe a réussi à démontrer l’efficacité de la méthode dans la détection de trois modifications PTM différentes (phosphorylation, glutathionylation et glycosylation) au niveau de la molécule unique pour les chaînes protéiques de plus de 1 200 résidus. Celles-ci comprenaient des modifications profondes dans la séquence de la protéine. Il est important de noter que la méthode ne nécessite pas l’utilisation de marqueurs, d’enzymes ou de réactifs supplémentaires.
Selon l’équipe de recherche, la nouvelle méthode de caractérisation des protéines pourrait être facilement intégrée dans les dispositifs de séquençage de nanopores portables existants pour permettre aux chercheurs de constituer rapidement des inventaires de protéines de cellules et de tissus uniques. Cela pourrait faciliter les diagnostics au point de service, permettant la détection personnalisée de variants protéiques spécifiques associés à des maladies telles que le cancer et les troubles neurodégénératifs.
Le professeur Yujia Qing (département de chimie, université d’Oxford), co-auteur de l’étude, a déclaré: «Cette méthode simple mais puissante ouvre de nombreuses possibilités. Initialement, il permet l’examen de protéines individuelles, telles que celles impliquées dans des maladies spécifiques. À plus long terme, la méthode a le potentiel de créer des inventaires étendus de variantes de protéines dans les cellules, déverrouillant des informations plus approfondies sur les processus cellulaires et les mécanismes de la maladie.
La capacité d’identifier et d’identifier les modifications post-traductionnelles et d’autres variations protéiques au niveau d’une seule molécule est extrêmement prometteuse pour faire progresser notre compréhension des fonctions cellulaires et des interactions moléculaires. Cela peut également ouvrir de nouvelles voies pour la médecine personnalisée, les diagnostics et les interventions thérapeutiques. »
Professeur Hagan Bayley, Département de chimie, Université d’Oxford, auteur collaborateur et co-fondateur d’Oxford Nanopore Technologies
Oxford Nanopore Technologies, une entreprise dérivée lancée en 2005 sur la base des recherches du professeur Bayley, s’est imposée comme un chef de file dans les technologies de séquençage de nouvelle génération. La technologie nanopore brevetée d’Oxford Nanopore permet aux scientifiques de séquencer rapidement les acides nucléiques (ADN et ARN) à l’aide d’appareils portables et peu coûteux, contrairement au séquençage standard, qui nécessite généralement des laboratoires dédiés. Les dispositifs Oxford Nanopore ont révolutionné la génomique fondamentale et clinique et ont joué un rôle essentiel pendant la pandémie de COVID-19 en aidant à suivre la propagation de nouvelles variantes de coronavirus.
Ce travail a été réalisé en collaboration avec le groupe de recherche du mécanobiologiste Sergi Garcia-Maynes du King’s College de Londres et du Francis Crick Institute.
