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La science
Les protéines se lient les unes aux autres par un mélange complexe d’interactions chimiques. Et si certaines protéines se lient en raison de leurs formes, un processus beaucoup plus simple ? Pour répondre à cette question, les chercheurs ont utilisé Summit, le superordinateur le plus rapide du pays, pour modéliser les interactions de verrouillage et de clé. Dans ces interactions, les molécules des protéines qui se lient ensemble doivent « s’adapter » chimiquement avec précision. L’équipe a testé 46 paires de protéines que les scientifiques savent se lier les unes aux autres. Ensuite, l’équipe a modélisé l’assemblage de ces paires de protéines sur Summit. Sur les 46 paires testées, 6 assemblées en fonction de leurs formes complémentaires plus de 50 % du temps.
L’impact
Les résultats pourraient avoir de nombreuses applications dans la recherche biologique. Par exemple, l’approche pourrait cribler des médicaments pour le traitement de maladies ou fournir aux scientifiques des informations sur la façon d’utiliser les protéines comme éléments constitutifs pour concevoir de nouveaux matériaux biologiques. L’équipe prévoit d’étudier des protéines supplémentaires qui peuvent également se lier en fonction de la forme ou former des assemblages d’ordre encore plus élevé. En fin de compte, l’équipe souhaite connaître les limites de la manière dont les formes de protéines peuvent évoluer pour former des structures de protéines hiérarchiques.
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Pour que les protéines se lient avec succès les unes aux autres, l’une d’elles agit comme un ligand, une molécule qui se fixe à une protéine cible, et l’une d’elles agit comme un récepteur, la molécule qui reçoit le ligand. Ce processus implique des interactions chimiques complexes, dans lesquelles les molécules partagent des liaisons et changent de configuration lors de la liaison. Les chercheurs voulaient voir s’ils pouvaient prédire cette liaison en se basant uniquement sur la forme, en ignorant les interactions entre les protéines. À partir d’une base de données de plus de 6 000 paires de protéines, l’équipe a testé 46 paires connues pour se lier les unes aux autres et a simulé leur assemblage sur Summit, le supercalculateur de 200 pétaflops de l’Oak Ridge Leadership Computing Facility.
L’équipe a capturé six paires de protéines qui se sont liées uniquement en fonction de la forme, l’une des paires se liant plus de 94 % du temps. L’équipe prévoit d’étudier davantage de protéines qui peuvent également se lier en fonction de la forme ou former des structures d’ordre encore plus élevé. À l’avenir, l’équipe souhaite connaître les limites de la manière dont les formes de protéines peuvent évoluer pour former des structures de protéines hiérarchiques. L’équipe espère pouvoir éventuellement prédire la liaison des interfaces protéine-protéine dans des amas de protéines ou des structures de cristallisation de protéines.
Le financement
Cette recherche a utilisé les ressources de l’Oak Ridge Leadership Computing Facility, une installation utilisateur du Department of Energy Office of Science. Les résultats décrits ici sont basés sur des travaux soutenus par le US Army Research Laboratory et le US Army Research Office.
