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De l'antiviral à la division cellulaire : quel est le rôle surprenant des hélices conjuguées en biologie
L'hélice conjuguée est une caractéristique structurelle des protéines, constituée de 2 à 7 hélices alpha enroulées ensemble comme une corde. Cette structure se retrouve dans environ 5 à 10 % des protéines et possède diverses fonctions. En tant que l’un des détails les plus complets des interactions protéine-protéine, les hélices conjuguées jouent un rôle indispensable dans la recherche biologique.
Processus de découverte
Le concept d’hélice conjuguée a autrefois suscité une controverse dans l’étude de l’α-kératine. Linus Pauling et Francis Crick sont arrivés à cette conclusion indépendamment et presque au même moment. À l'été 1952, Paulin visita le laboratoire de Crick en Angleterre et les deux hommes échangèrent leurs points de vue sur divers sujets. Lorsque Crick a demandé à Pauling s’il avait déjà envisagé des hélices conjuguées, Pauling a répondu que oui. Paulin a ensuite poursuivi ses recherches dans ce domaine après son retour aux États-Unis et a soumis un long manuscrit au magazine Nature en octobre.
« Les études sur les hélices conjuguées révèlent un lien profond entre la structure des protéines et leur fonction. »
Crick pensait que Paulin avait plagié ses idées et a soumis un article plus court à Nature quelques jours plus tard. Finalement, après de nombreuses correspondances et controverses, le laboratoire de Crick a annoncé que les deux parties étaient parvenues à cette conclusion de manière indépendante et qu'aucun vol intellectuel n'avait eu lieu.
Structure moléculaire
Les hélices conjuguées contiennent généralement un motif répétitif - hxxhcxc, qui est une répétition de résidus d'acides aminés hydrophobes (h) et chargés (c), connus sous le nom de répétition heptade. Dans la séquence de répétition heptadique, les positions a et d sont généralement occupées par des acides aminés hydrophobes tels que l'isoleucine, la leucine ou la valine. Ces séquences répétitives sont repliées dans une structure alpha-hélicoïdale, où les résidus hydrophobes des hélices alpha entrelacées apparaissent comme une « bande » et forment une structure amphipathique.
« L'empilement serré des hélices conjuguées fournit une force motrice thermodynamique puissante. »
Les hélices alpha peuvent être disposées dans des directions parallèles ou antiparallèles et prennent généralement la forme d'une superbobine gauchère. Bien que rares, les hélices droites peuvent être observées en petites quantités dans les protéines naturelles et artificielles.
Rôles biologiques
Étant donné que les structures hélicoïdales conjuguées se trouvent dans de nombreuses protéines, elles aident à remplir diverses fonctions dans la cellule, avec pour objectif principal de faciliter les interactions entre les protéines et de les maintenir connectées, ou leurs régions, connectées. La caractérisation de ces fonctions comprend, entre autres, la fusion membranaire, l’espacement moléculaire, l’étiquetage des oligomères, la motilité des vésicules et l’architecture cellulaire.
Fusion membranaire
Le domaine hélicoïdal conjugué joue un rôle important dans l’infection par le VIH. Lorsque les trois sous-unités gp120 se lient au récepteur CD4 et au récepteur central, le virus pénètre dans les cellules CD4-positives. gp120 et gp41 sont associés l'un à l'autre par les forces de van der Waals. Finalement, la séquence peptidique de fusion à l'extrémité N du gp41 est fixée à la cellule hôte et, grâce à un mécanisme à ressort et horloge, rapproche suffisamment le virus et les membranes cellulaires pour favoriser la fusion.
En tant qu'espaceur moléculaire
La structure de l’hélice conjuguée peut également servir d’espaceur moléculaire à l’intérieur des cellules, et sa longueur est hautement conservée. La fonction de ces espaceurs est d’empêcher les interactions indésirables entre les régions protéiques ou de faciliter le trafic de vésicules au sein de la cellule. Par exemple, Omp-α chez T. maritima en est un exemple.
En tant que marqueur oligomère
En raison de leur interactivité spécifique, les hélices conjuguées peuvent être utilisées comme « étiquettes » pour stabiliser ou améliorer des états oligomériques spécifiques. L’étude a montré que les interactions hélicoïdales conjuguées entraînent la polymérisation des sous-unités BBS2 et BBS7 du BBSome.
Applications biomédicales
En tant qu'élément de base avec une conception simple et des fonctions diverses, les hélices conjuguées ont été utilisées dans le développement de nombreuses nanostructures ces dernières années. Ils présentent une valeur potentielle dans des domaines tels que l’administration de médicaments, la régénération tissulaire et le repliement des protéines.
« Les hélices conjuguées peuvent apporter stabilité et spécificité aux systèmes d'administration de médicaments, améliorant ainsi l'efficacité thérapeutique. »
De plus, en utilisant la capacité oligomérique des hélices conjuguées, il est possible d’augmenter l’affichage des antigènes dans les vaccins, améliorant ainsi leur efficacité. Toutefois, des explorations et des recherches continues sont encore nécessaires pour surmonter les défis de la stabilité.
Des stratégies de réponse antivirale à la coordination des processus de division cellulaire, l’importance des hélices conjuguées dans les sciences de la vie ne peut être ignorée. À l’avenir, les applications potentielles de cette structure pourraient nous aider à percer davantage de mystères de la vie. Êtes-vous prêt à explorer cette infinie possibilité ?
