Nouvelle cible idéale contre le paludisme révélée dans la structure des protéines parasitaires

Les scientifiques ont percé la structure d'une protéine vitale pour le parasite Plasmodium falciparum, celui qui provoque la forme de paludisme la plus meurtrière. Ils suggèrent que la protéine, une enzyme clé dans la génération des membranes cellulaires, pourrait être une cible idéale pour les médicaments antipaludiques, en particulier parce que la protéine n'est pas présente chez l'homme.
L’étude a été menée par le Département de biologie de l’Université de Washington, à St. Louis, dans le Missouri, et un rapport à ce sujet apparaît sous le titre de «papier de la semaine» dans le numéro du 6 janvier de The Journal of Biological Chemistry.
En 2010, le paludisme a tué 655 000 personnes dans le monde. La maladie est causée par cinq espèces différentes de Plasmodium, un parasite qui vit dans les intestins de son hôte principal, le moustique, mais la forme de paludisme la plus meurtrière vient du fait qu’il a été piqué par un moustique porteur de l’espèce. Plasmodium falciparum.
De nouveaux médicaments contre le paludisme sont indispensables: non seulement P. falciparum responsable de la forme la plus grave du paludisme, il est endémique dans les zones peuplées par environ 40% de la population mondiale et les médicaments qui fonctionnaient auparavant perdaient de leur efficacité, en partie parce que la contrefaçon avait suscité une résistance généralisée.
Dans un laboratoire de biologie de l'Université de Washington, les chercheurs ont mis six ans et plus pour découvrir la structure et la fonction de la protéine, une enzyme appelée PMT (abréviation de phosphoéthanolamine méthyltransférase).
Dans des travaux antérieurs, ils avaient déjà établi que le travail de l'enzyme consiste à ajouter des groupes méthyle à une molécule de départ appelée phosophoéthanolamine, qui intervient dans la fabrication des membranes cellulaires.
Et même s'il existe des protéines similaires dans d'autres organismes, les humains n'en ont pas.
Ces caractéristiques en font une cible idéale pour le développement de nouveaux médicaments contre le paludisme.
L'auteur principal, Dr Joseph M. Jez, professeur agrégé de biologie des arts et des sciences, a déclaré à la presse:
"Ce que mon laboratoire fait, c'est cristalliser les protéines pour que nous puissions voir à quoi elles ressemblent en trois dimensions."
"L'idée est que si nous connaissons la structure d'une protéine, il sera plus facile de concevoir des produits chimiques qui cibleront le site actif de la protéine et la fermeront", at-il ajouté.
Les chercheurs ont mis au point un moyen intéressant de cristalliser une protéine. Ils mettent une solution de sel ou autre chose qui peut assécher la protéine au fond d'un petit puits. Puis, comme l'explique Jez: "nous déposons une goutte de notre protéine liquide sur une lamelle de microscope et nous la retournons au-dessus du puits, de sorte que la goutte de protéine est suspendue dans le puits".
Cela aide à retirer lentement l'eau des protéines, un peu comme la fabrication de bonbons, sauf dans le cas des bonbons, c'est la ficelle suspendue dans le pot de solution sucrée qui aide à retirer l'eau.
Il y a aussi une autre différence: dans la fabrication des bonbons, le sucre n'est pas réticent à former des cristaux, mais dans ce processus, la protéine est très réticente.
En fait, il a fallu six ans de recherche laborieuse pour dépister 8 protéines sur un total de 4 000 conditions. Ils ont utilisé 24 puits sur un plateau, à raison d'environ 500 puits par protéine. Et puis, ils ont également dû essayer différentes combinaisons de ligands aux protéines et les cristalliser également.
La plupart de ces travaux ont été réalisés par le premier auteur, Soon Goo Lee, candidat au doctorat dans le laboratoire de Jez.
À ce stade, vous pourriez vous demander pourquoi vous devez créer une forme cristalline de la protéine pour déterminer sa structure moléculaire en 3D? Cela devient plus clair quand on se rend compte qu'un très bon gros cristal produit un fort diagramme de dispersion lorsque des rayons X sont projetés à travers lui. Le motif est produit par l'alignement distinct des atomes dans le cristal, qui n'est jamais le même pour différentes molécules.
Alors que le diagramme de diffusion des rayons X lui-même ne révèle pas la structure moléculaire 3D de la protéine, avec un bon diagramme de diffusion des rayons X clair, les scientifiques ont suffisamment d’informations mathématiques pour calculer les positions relatives des atomes dans le molécule de protéine.
C'est un peu comme jeter un tas de cailloux dans un étang immobile et ensuite utiliser le motif des vagues qui arrivent sur les bords pour déterminer où les cailloux sont entrés.
Bien que cette description métaphorique semble simple et directe, elle est très difficile en pratique. Il y avait beaucoup de difficultés techniques à obtenir le Plasmodium l'enzyme finit par se cristalliser, y compris le fait que quatre cristaux de papier fin apparurent, empilés les uns sur les autres.
Jez a expliqué que quand ils ont pris le bloc de cristaux à radiographier, Lee "a en fait opéré sous le microscope et en a craqué un tout petit morceau", et à la surprise générale, ils ont réussi à obtenir un schéma de diffraction propre.
Le moment de vérité est venu quand ils ont mis les résultats de la diffraction dans l'ordinateur, ont fait le calcul rétrospectif, et Lee s'est arrêté avec un doigt prêt sur le bouton de la souris: un dernier clic révélerait si les années de travail avaient été payantes.
Ils avaient. Lorsque Lee a cliqué sur la souris, il a vu une carte de densité électronique claire avec une mise au point exceptionnellement nette.
Jez a expliqué que l'étape suivante consistait à utiliser la carte de densité d'électrons pour construire une structure qui correspond à la séquence d'acides aminés de la protéine:
"La première chose que vous faites est de mettre les chaînes principales des acides aminés et de les connecter pour former une chaîne. C'est comme avoir un long fil, dont chaque pouce est un acide aminé, et votre travail est de prendre ce fil et de le déplacer trois dimensions à travers cette carte de densité d'électrons. "
Ensuite, vous devez ajouter les chaînes latérales qui rendent un acide aminé différent des autres.
"La séquence d'acides aminés est connue", a déclaré Jez, "votre objectif est de correspondre à la manière dont vous réunissez les acides aminés dans la carte de densité d'électrons à cette séquence."
Les chercheurs ont créé une "bande dessinée" de la carte de densité électronique pour faciliter la visualisation de la structure de la protéine et déterminer son fonctionnement.
La bande dessinée les a aidés à "voir" comment les molécules impliquées sont positionnées dans le site actif de l'enzyme, la "poche" si vous voulez, où la chimie a lieu.
Jez a dit:
"L'enzyme PMT essaie de joindre deux molécules. Pour ce faire, elle doit les verrouiller pour que la chimie puisse se produire, et ensuite elle doit les lâcher."
Il a dit qu'ils pensent que la protéine a un "couvercle" qui s'ouvre et se ferme: il reste ouvert, laissant le site actif, jusqu'à ce que les substrats pénètrent, et il ferme les substrats.
Les chercheurs notent dans leur rapport que bien que ces connaissances sur les caractéristiques structurelles et les fonctions de la PMT commencent à révéler certaines cibles potentielles pour les médicaments antipaludiques susceptibles de tuer Plasmodium sans nuire aux humains, ils disent que des études supplémentaires sont maintenant nécessaires pour "comprendre la division évolutive de la fonction métabolique dans la voie de la phosphobase".
Cela peut être une étape importante, mais il reste encore beaucoup à faire.
Écrit par Catharine Paddock PhD

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