Les protéines agissent rarement seules : au contraire, elles interagissent entre elles pour exécuter diverses fonctions cellulaires.
L'étude de ces interactions protéine-protéine apporte des informations essentielles sur un large éventail de processus biologiques.
L'importance des interactions protéiques
Les protéines facilitent la plupart des processus biologiques présents dans une cellule. Ces processus sont l'expression génétique, la croissance cellulaire, la prolifération, l'absorption des nutriments, la morphologie, la motilité, la communication intercellulaire et l'apoptose.
L'expression des protéines est un processus dynamique qui répond à divers stimuli. Certaines protéines spécifiques peuvent ne pas être exprimées ou activées systématiquement pour certaines tâches. L'expression des protéines varie également d'une cellule à l'autre, ce qui peut compliquer l'étude de la fonction des protéines dans le bon contexte biologique. Cependant, avec une exploration et une analyse soigneusement menées, ces difficultés peuvent être surmontées.
Avant la fin des années 1990, les analyses de la fonction protéique se concentraient principalement sur les protéines individuelles. Cependant, étant donné que la plupart des protéines doivent interagir avec d'autres protéines pour fonctionner, il est impératif de les étudier dans le contexte des partenaires avec qui elles interagissent. La publication du génome humain et le développement de la protéomique ont rendu indispensables la compréhension des interactions protéiques et l'identification des réseaux biologiques pour comprendre la fonction des protéines au sein de la cellule.
Les différents types d'interactions protéiques
Les principaux types d'interactions des protéines sont les suivants :
- Interactions protéine-ligand
- Interactions protéine-ADN
- Interactions protéine-protéine (IPP)
Dans les interactions protéine-protéine, les protéines interagissent les unes avec les autres pour exécuter des fonctions spécifiques dans les cellules.
Les raisons d'étudier les interactions protéine-protéine
Étant donné que la quasi-totalité des processus biologiques implique une ou plusieurs IPP, l'étude de ces interactions nous aide à comprendre les interactions des mécanismes moléculaires à l'œuvre dans ces processus, notamment :
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- La signalisation cellulaire
- De nombreux processus biologiques, tels que la croissance cellulaire, la différenciation et l'apoptose, sont régulés par des réseaux de signalisation complexes impliquant des interactions protéine-protéine. En étudiant ces interactions, les chercheurs peuvent comprendre les voies de signalisation impliquées dans des maladies telles que le cancer pour pouvoir développer des traitements ciblés qui perturbent ou modulent ces voies.
- L'activité enzymatique
- Les enzymes fonctionnent souvent dans le cadre de complexes formés avec d'autres protéines, dans lesquels les interactions protéine-protéine sont essentielles pour l'activité catalytique. La compréhension de ces interactions peut éclairer sur la régulation enzymatique, la spécificité du substrat et les voies métaboliques, ce qui peut faciliter la découverte de médicaments et l'ingénierie métabolique.
- La régulation des gènes
- Les facteurs de transcription et les protéines de régulation forment souvent des complexes contrôlant l'expression génique. L'étude des interactions protéine-protéine impliquées dans la régulation génique peut révéler les intervenants clés du contrôle transcriptionnel et fournir des informations sur les maladies liées à la dysrégulation de l'expression génique, comme le diabète et les troubles neurodégénératifs.
- Le trafic et la localisation des protéines
- Les interactions protéine-protéine régissent le trafic intracellulaire et la localisation des protéines dans les cellules. En déchiffrant ces interactions, les chercheurs peuvent découvrir les mécanismes qui sous-tendent le ciblage des organites, le transport vésiculaire et le tri des protéines, qui sont essentiels à l'homéostasie et à la fonction cellulaires.
- La biologie structurelle
- Les interactions protéine-protéine contribuent à l'assemblage de complexes macromoléculaires présentant des architectures et des fonctions spécifiques. Il est possible de déterminer les structures de ces complexes au moyen de techniques comme la cristallographie aux rayons X et la microscopie cryo-électronique. Ces analyses fournissent des informations au niveau atomique sur les mécanismes d'action et permettent d'avoir une approche plus rationnelle de la conception de médicaments.
- Les mécanismes pathologiques
- Le dysfonctionnement des interactions protéine-protéine est impliqué dans de nombreuses maladies, notamment les troubles neurodégénératifs, les maladies auto-immunes et les maladies infectieuses. En étudiant ces interactions, les chercheurs peuvent identifier des cibles thérapeutiques potentielles et développer des médicaments qui perturbent les interactions nuisibles ou stabilisent les interactions bénéfiques.
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Comment mesurer les interactions protéine-protéine
Les interactions protéine-protéine peuvent s'étudier en recourant à plusieurs techniques expérimentales, chacune d'entre elles présentant des avantages et des limites qui lui sont propres. Les informations tirées de ces études dépendent de la méthode d'analyse choisie.
Parmi les méthodes d'analyse des interactions protéine-protéine les plus couramment employées, on peut notamment citer :
| Méthode | Description | Instrument Malvern Panalytical |
|---|---|---|
| Spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) | La spectroscopie RMN apporte des informations sur les structures au niveau atomique en révélant des détails sur les modifications de conformation des protéines lorsqu'elles se lient entre elles. | -- |
| TAP-spectroscopie de masse (TAP-MS) | La méthode TAP produit un complexe protéique purifié qui peut être analysé sur un spectromètre de masse (MS) pour cartographier les interactions protéine-protéine. | -- |
| Interférométrie couplée à un réseau (GCI) | Cette technologie de surface en temps réel sans marquage permet aux chercheurs de mesurer rapidement et avec précision les vitesses de réaction, de déterminer l'affinité et de contrôler les concentrations des analytes en interaction, même ceux de faible abondance, dans des échantillons bruts comme les liquides organiques. | |
| Résonance plasmonique de surface (SPR) | La SPR permet de contrôler en temps réel les interactions des protéines à la surface d'une puce de détection. Il devient alors possible de déterminer avec précision la cinétique de liaison et les affinités. La SPR est une technique sans marquage qui consomme des quantités relativement faibles de matériel protéique. Elle permet une analyse précise des interactions des protéines. | -- |
| Titration calorimétrique isotherme (ITC) | L'ITC mesure la chaleur dégagée ou absorbée pendant les événements de liaison, ce qui fournit des informations thermodynamiques précieuses pour comprendre les mécanismes des interactions. | |
| Technologies voisines : | ||
| calorimétrie différentielle à balayage (DSC) | La DSC mesure la stabilité thermique des protéines, ce qui s'avère utile pour les études de stabilité, les évaluations de biosimilarité et les évaluations de comparabilité inter-lots. La DSC mesure la stabilité thermique en surveillant l'évolution thermique associée à la dénaturation d'une molécule lorsqu'elle est chauffée à vitesse constante. | |
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Électrophorèse laser Doppler (ELS)
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L'ELS mesure la mobilité et la charge des particules. La DLS mesure la taille des particules dans les systèmes dispersés, pour des diamètres allant du niveau subnanométrique jusqu'à plusieurs micromètres. La combinaison de ces techniques donne une vue d'ensemble plus complète des interactions protéine-protéine, ce qui s'avère utile pour développer des interventions qui ciblent des interactions moléculaires spécifiques. | |
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Exemples d'interactions protéine-protéine mesurées avec des instruments Malvern Panalytical
Les instruments Malvern Panalytical ont été utilisés dans plusieurs études qui s'intéressent aux IPP. En voici quelques exemples :
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- Kinases de récepteurs membranaires végétaux
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L'interférométrie couplée à un réseau (GCI) associée au système WAVEsystem a été utilisée pour explorer la liaison entre plusieurs récepteurs végétaux et leurs ligands, ainsi que le rôle d'un co-récepteur (SERK3). Alors que les récepteurs individuels présentent des affinités de liaison très différentes vis-à-vis de leurs ligands respectifs, l'ectodomaine SERK3 se lie aux récepteurs associés aux ligands avec une cinétique de liaison comparable.
- Cytokines et leurs imitations
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La GCI associée au système WAVEsystem a été employée pour analyser les interactions de récepteurs de surface cellulaire, qui ont souvent un intérêt en tant que cibles médicamenteuses, avec des « imitations de récepteurs » produites de façon synthétique.
- Interactions du canal calcique tensiondépendant (Cav)
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La titration calorimétrique isotherme (ITC) du MicroCal a démontré que la modification du squelette de la protéine peut modifier l'interaction protéine-protéine dans les canaux calciques tensiodépendants.
- Inhibiteurs peptidiques des interactions protéine-protéine (ITC)
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Cet article examine les utilisations de l'ITC avec d'autres technologies pour étudier les caractéristiques des peptides contraints qui inhibent les interactions protéine-protéine.
