Les protéines membranaires sont essentielles à un large éventail de processus biologiques et représentent une part importante des cibles médicamenteuses, ce qui rend leur étude extrêmement importante. Cependant, l’analyse de ces protéines a toujours été difficile. Des chercheurs des instituts de sciences physiques de Hefei, dirigés par Wang Junfeng, ont publié une nouvelle étude dans Analytical Chemistry détaillant une solution prometteuse qui améliore considérablement la fiabilité de l’analyse par résonance plasmonique de surface (SPR) des protéines membranaires.
Pourquoi les protéines membranaires sont difficiles à étudier
Environ un tiers de toutes les protéines humaines sont des protéines membranaires et elles sont impliquées dans des fonctions vitales telles que la signalisation et le transport cellulaires. Près de 60 % des protéines ciblées par les médicaments sont des protéines membranaires. Cela met en évidence leur rôle clé dans la santé et la maladie, et souligne donc la nécessité d’une étude précise.
Comprendre comment ces protéines interagissent avec d’autres molécules – un processus appelé liaison – est crucial pour développer des traitements efficaces. Une technique appelée résonance plasmonique de surface (SPR) constitue un outil précieux pour y parvenir.
SPR est considéré comme la « référence » dans le domaine car il permet aux scientifiques de surveiller ces interactions en temps réel sans avoir à étiqueter chimiquement les protéines. Cependant, un défi majeur a été de trouver des moyens fiables d’immobiliser – ou de fixer – les protéines membranaires à la puce du capteur SPR tout en préservant leur structure et leur fonction naturelles. Si la forme ou le comportement de la protéine change pendant la fixation, les résultats de l’analyse ne sont pas fiables.
Une nouvelle approche : les nanodisques et SpyTag-SpyCatcher
Pour surmonter ce défi, l’équipe de recherche a développé une nouvelle méthode d’immobilisation. Ils ont combiné deux technologies établies – le système de conjugaison covalente SpyCatcher-SpyTag et les nanodisques basés sur la protéine d’échafaudage membranaire (MSP) – pour créer un processus simple, efficace et stable.
Voici un aperçu du processus :
- Création de nanodisques : L’équipe a conçu une protéine de fusion combinant MSP avec la molécule SpyTag. Cette protéine modifiée a ensuite été utilisée pour incorporer la protéine membranaire cible dans des nanodisques. Les nanodisques sont de minuscules structures lipidiques artificielles qui imitent l’environnement dans lequel les protéines membranaires résident normalement à l’intérieur des membranes cellulaires.
- Pièce jointe spécifique : Ces nanodisques portent le label SpyTag. Les chercheurs ont ensuite pré-immobilisé les protéines SpyCatcher, qui ont une forte affinité pour SpyTag, sur une puce de capteur CM5 standard en utilisant un processus de couplage chimique conventionnel.
- Immobilisation stable : Cette conception permet aux nanodisques, portant la protéine membranaire, d’être capturés spécifiquement et efficacement par les protéines SpyCatcher. Le résultat est une immobilisation robuste et stable de la protéine membranaire dans un environnement lipidique quasi natif, imitant essentiellement l’environnement naturel de la protéine.
Démontrer l’efficacité de la méthode
Pour démontrer les capacités de la méthode, l’équipe de recherche a effectué une analyse SPR de trois types différents d’interactions entre protéines membranaires :
- Interactions protéines-lipides
- Interactions transmembranaires protéine-anticorps
- Interactions entre protéines transmembranaires et petites molécules
Les résultats ont systématiquement produit des données SPR de haute qualité, permettant une quantification précise de la cinétique de liaison (à quelle vitesse les interactions se produisent) et des affinités (la force avec laquelle les protéines se lient les unes aux autres).
Importance et potentiel futur
Cette approche innovante répond efficacement aux limites de longue date de la technologie SPR lors de l’étude des protéines membranaires. En fournissant une méthode fiable d’immobilisation, cette recherche présente un potentiel important pour accélérer à la fois la recherche sur les protéines membranaires et les efforts de découverte de médicaments. Cette technique devrait conduire à une meilleure compréhension du rôle complexe des protéines membranaires et conduire au développement de thérapies meilleures et plus ciblées.
