La Protéine « Big Bang » révèle une Composition Moléculaire pour la Médecine ainsi que des Applications de Bio-ingénierie
Les protéines envahissent nos vies en silence depuis le début de la pandémie de COVID-19. Nous vivons au gré de la protéine dite « de pointe » du virus, qui s’est modifiée des dizaines de fois pour développer des variantes de plus en plus mortelles. Cependant, la réalité est que les protéines nous ont invariablement gouvernés. Au niveau cellulaire, ils sont responsables de pratiquement tout.
Des protéines saines sont si essentielles que l’ADN – le matériel héréditaire qui rend chacun de nous unique, est essentiellement une longue séquence de plans de protéines. Cela vaut pour les animaux, les plantes, les champignons, les bactéries, les archées et aussi les virus. De plus, à mesure que ces groupes d’organismes évoluent et se modifient avec le temps, les protéines et leurs parties évoluent également.
Une toute nouvelle étude de recherche menée par des chercheurs du College of Illinois, publiée dans Scientific Reports, décrit l’histoire de l’évolution et les interrelations des domaines protéiques sains, les sous-unités des molécules protéiques, sur 3,8 milliards d’années.
« Comprendre comment et pourquoi les domaines s’intègrent dans les protéines tout au long de l’évolution pourrait aider les chercheurs à reconnaître et aussi à concevoir la tâche des protéines pour la médecine ainsi que pour les applications de bio-ingénierie. Par exemple, ces compréhensions pourraient orienter la gestion des maladies, comme la fabrication de meilleurs vaccins à partir de la protéine de pointe saine des virus COVID-19 », explique Gustavo Caetano Anolles, enseignant au Département des sciences des cultures, affilié au Carl R. Woese Institute for Genomic Biologie à l’Illinois, et également auteur principal de l’article. Caetano-Anollés a étudié le développement des mutations COVID après le début de la pandémie, mais cette chronologie représente une infime partie de ce que lui et le doctorant Fayez Aziz ont abordé dans leurs recherches actuelles.
Les chercheurs ont compilé des séquences et des structures de millions de séries de protéines inscrites dans des milliers de génomes à travers des groupes taxonomiques, composés d’organismes supérieurs et de microbes. Ils se sont concentrés sur des domaines structuraux plutôt que sur des protéines entières.
« La majorité des protéines saines sont construites à partir de plus d’un domaine. Ce sont de petites unités structurelles ou modules, qui nourrissent des caractéristiques spécialisées », explique Caetano-Anollés. “Beaucoup plus particulièrement, ce sont les unités d’évolution.”
Après avoir organisé les protéines en domaines pour construire des arbres évolutifs, ils sont prêts à construire un réseau pour comprendre comment les domaines ont été établis et partagés entre des protéines saines au cours de milliards d’années d’évolution.
« Nous avons construit une série chronologique de réseaux qui décrivent comment les noms de domaine se sont rassemblés et comment les protéines saines ont réorganisé leurs noms de domaine au cours de l’évolution. C’est la première fois qu’un tel réseau d’« organisation de domaine » fait l’objet d’une recherche en tant que chronologie évolutive », affirme Fayez Aziz. “Notre étude a révélé qu’il existe un vaste réseau en développement expliquant comment les domaines se combinent dans des protéines saines.”
Le lien de chaque réseau représente un moment où un domaine spécifique a été recruté directement dans une protéine, généralement pour exécuter une nouvelle fonction.
“Cela seul implique fortement que le recrutement de domaine est une force puissante par nature”, affirme Fayez Aziz. La chronologie a également révélé quels domaines contribuaient aux fonctions cruciales des protéines. Par exemple, les scientifiques ont pu cartographier les débuts des domaines en charge de la détection environnementale et des métabolites secondaires ou contaminants utilisés dans les défenses bactériennes et végétales.
L’évaluation a révélé que les domaines ont commencé à s’intégrer tôt dans l’évolution des protéines, mais qu’il y a pareillement eu des périodes de développement de réseau explosif. Par exemple, les scientifiques décrivent un « large bang » de combinaisons de noms de domaine 1,5 milliard d’années plus tôt, coïncidant avec l’essor des organismes multicellulaires et des eucaryotes, des organismes dotés de noyaux liés à la membrane, y compris les humains.
La présence de big bang organique n’est pas nouvelle. Le groupe de Caetano Anollés a précédemment signalé l’énorme et le tout début du métabolisme. En outre, ils l’ont récemment retrouvé une fois de plus lors du suivi de l’arrière-plan des réseaux métaboliques.
Le record historique d’un grand bang expliquant le patchwork transformateur de protéines fournit de tout nouveaux outils pour reconnaître la composition des protéines.
“Cela pourrait aider à identifier, par exemple, pourquoi les variantes structurelles et la recombinaison génomique se produisent souvent dans le SRAS-CoV-2”, déclare Caetano Anollés.
Il ajoute que cette nouvelle compréhension des protéines saines pourrait aider à prévenir les pandémies en disséquant comment les maladies infectieuses se produisent. Il peut en outre aider à réduire la maladie en améliorant la conception des vaccins lorsque des épidémies se produisent.
Publié à l’origine sur Sciencedaily.com. Lire l’article original.
Référence: “Evolution of networks of protein domain organization” by M. Fayez Aziz and Gustavo Caetano-Anollés, 8 June 2021, Scientific Reports.
DOI: 10.1038/s41598-021-90498-8
