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Structures cachées dans les cellules : comment les hélices conjuguées pilotent-elles les fonctions biologiques ?
Dans le fonctionnement de la vie, l’interaction entre les molécules est la pierre angulaire du fonctionnement des organismes. Parmi eux, la bobine conjuguée est un motif structurel frappant qui existe dans environ 5 à 10 % des protéines. Cette structure est constituée de 2 à 7 hélices alpha enroulées ensemble, comme une corde. Ces hélices assurent non seulement la stabilité, mais jouent également un rôle essentiel dans la régulation de l’expression des gènes et d’autres fonctions biologiques.
Le motif hélicoïdal conjugué permet à de nombreuses protéines d'interagir entre elles et de former des structures cellulaires complexes.
Découverte de l'hélice conjuguée
Le concept d'hélice conjuguée a été proposé pour la première fois indépendamment par Linus Pauling et Francis Crick. À l’été 1952, Pauling visite le laboratoire de Crick. Les deux scientifiques ont discuté de nombreux sujets et Crick a soudainement demandé à Pauling s'il avait déjà envisagé le terme « hélice conjuguée ». Paulin a déclaré qu'il y avait réfléchi et cette conversation l'a conduit à continuer d'étudier le sujet en profondeur après son retour aux États-Unis et à soumettre un long article à la revue Nature.
L'article de Crick, bien que plus court, a précédé celui de Pauling, ce qui a déclenché une controverse dans la communauté scientifique.
Après de nombreuses communications et débats, le laboratoire de Crick a finalement confirmé que l'idée avait été élaborée indépendamment par les deux scientifiques et qu'aucun vol de propriété intellectuelle n'avait eu lieu. La contribution de Crick a été de proposer le concept d'« hélice conjuguée » et de fournir une méthode mathématique pour déterminer sa structure.
Structure moléculaire
L'hélice conjuguée est généralement composée d'un motif répétitif (hxxhcxc) de résidus d'acides aminés hydrophobes (h) et chargés (c), connu sous le nom de répétition heptade. Dans cette répétition, les positions sont étiquetées abcdefg, où a et d sont des positions hydrophobes à hydrogène, généralement occupées par l'isoleucine, la leucine ou la valine. Lorsqu'une séquence présente ce motif répétitif et se replie en une structure secondaire alpha-hélicoïdale, les résidus hydrophobes d'hydrogène apparaissent comme une « bande » s'enroulant autour de l'hélice, formant une structure amphipathique.
Les interactions entre les hélices conjuguées fournissent la force motrice thermodynamique pour la formation de polymères.
Effets biologiques
Les hélices conjuguées sont principalement utilisées pour favoriser les interactions entre les protéines, aidant les protéines ou les domaines à se verrouiller les uns dans les autres. Cette propriété est cruciale pour une variété de fonctions biologiques, notamment la fusion membranaire, l’espacement moléculaire et les fonctions liées à la motilité des vésicules.
Fusion membranaire
Le domaine hélicoïdal conjugué joue un rôle important dans l’infection par le VIH. Lorsque le virus pénètre dans une cellule CD4 positive, la glycoprotéine gp120 se lie au récepteur CD4 et au récepteur core. À ce stade, gp120 et gp41 forment un complexe ternaire et guident finalement la fusion du virus et de la membrane cellulaire par un mécanisme de conjugaison. La séquence peptidique de fusion N-terminale de gp41 est fixée dans la cellule hôte pour réaliser la fusion. Récemment, des inhibiteurs basés sur la région HR2, Fuzeon, ont été développés pour contrer ce processus, visant à réduire la capacité du VIH à infecter.
En tant qu'espaceur moléculaire
Le motif hélicoïdal conjugué peut également servir de séparateur entre les objets à l'intérieur des cellules. La longueur de ces espaceurs moléculaires, les domaines hélicoïdaux conjugués, est conservée et, surtout, ils empêchent les interactions entre les domaines protéiques. Par exemple, la protéine Omp-α est un exemple typique, qui maintient la distance entre les composants grâce à des hélices conjuguées.
Conception et application
Les hélices conjuguées offrent une solution de conception au problème du repliement des protéines. Grâce à l’étude de l’hélice conjuguée de GCN4, les scientifiques ont établi une grammaire capable de prédire efficacement l’état oligomérique en fonction de la séquence d’acides aminés. Cela permet d’utiliser des hélices conjuguées dans la synthèse de nanostructures, favorisant ainsi le développement de nouveaux systèmes d’administration de médicaments.
En utilisant la fonctionnalité des hélices conjuguées, les scientifiques développent des mécanismes d’administration de médicaments plus précis pour améliorer l’efficacité thérapeutique.
Avec l’étude approfondie de la structure de l’hélice conjuguée, son potentiel d’application dans des domaines tels que la médecine, la bio-ingénierie et la nanotechnologie continuera sans aucun doute de s’étendre à l’avenir. Comment pouvons-nous utiliser cette structure mystérieuse pour remodeler notre compréhension du fonctionnement de la vie ?
