Financement important pour une nouvelle approche de l’étude des protéines en action

Quatre chercheurs ont reçu une bourse Synergy du Conseil européen de la recherche pour leur projet commun SPARX. Cette bourse est dotée d’environ 8,5 millions de francs sur les six prochaines années. Les chercheurs récompensés sont John Beale du Centre des sciences photoniques du PSI, Doeke Hekstra de l’Université de Harvard avec l’Université de Hambourg qui l’accueille, Thomas J. Lane du synchrotron à électrons allemand (DESY) à Hambourg et Guido Meier de l’Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) à Hambourg. Ensemble, ils projettent de mettre au point une nouvelle méthode permettant d’étudier comment les protéines — les éléments constitutifs de la vie — réagissent aux champs électriques.

SPARX, pour «Structural Perturbations by Applied electRic-field Xtallography» (que l’on peut traduire par «cristallographie des perturbations structurales induites par des champs électriques appliqués»), s’appuie sur les techniques établies de cristallographie sérielle et sur le domaine émergent de la cristallographie sous champ électrique. En cristallographie sérielle, on fait d’abord croître des cristaux à partir de protéines en vue de les exposer à des rayons X. L’analyse des diagrammes de diffraction obtenus permet de déterminer la position de chaque atome au sein d’une protéine.

«Si nous parvenons à comprendre la structure des protéines au niveau de l’atome individuel, nous pourrons mieux comprendre leurs fonctions au sein des organismes vivants», explique John Beale, qui utilise le laser à rayons X à électrons libres SwissFEL du PSI pour ses travaux. «Ces connaissances peuvent ensuite être mises à profit pour développer de nouveaux composés pharmaceutiques de manière ciblée.»

Des champs électriques pour analyser la dynamique des protéines

Les protéines ne sont pas des structures statiques. Elles changent de forme pour déclencher des processus dans notre organisme. C’est pourquoi les chercheurs veulent les étudier en action. Jusqu’à présent, les pulsations laser étaient généralement utilisées pour déclencher la dynamique des protéines, qui était ensuite observée à l’aide de rayons X, comme ceux émis par le SwissFEL.

Mais, comme l’explique Doeke Hekstra: «Seul un petit nombre de protéines dans nos organismes réagit directement à la lumière. C’est pourquoi nous voulons utiliser des champs électriques à la place des impulsions laser pour déclencher ces dynamiques protéiques.» Cette approche reproduirait en fait les conditions dans les organismes vivants. Nos corps utilisent en effet des champs électriques dans de nombreuses circonstances, par exemple lorsque les cellules nerveuses transmettent des signaux dans nos cerveaux. Certaines régions des enzymes modifient également leur charge électrique pour déclencher des réactions chimiques dans l’organisme. «Si nous utilisons les champs électriques pour stimuler les protéines, nous pourrons examiner une plus large gamme de dynamiques protéiques», ajoute Doeke Hekstra.

Infrastructure pour le SwissFEL et d’autres grandes installations de recherche

Les chercheurs poursuivent plusieurs objectifs. Premièrement, ils veulent utiliser une partie de la bourse Synergy du Conseil européen de la recherche pour développer et tester des appareils qui complètent les techniques de cristallographie en série existantes en incorporant l’utilisation de champs électriques pour déclencher les dynamiques protéiques.

Ils utiliseront ensuite ces appareils au SwissFEL pour étudier les protéines intéressantes. «Une de nos principales préoccupations est d’utiliser les champs électriques pour étudier des protéines qui ne peuvent actuellement pas être ciblées par des composés pharmaceutiques», dit Thomas J. Lane. L’hypothèse des chercheurs est que leur nouvelle méthode pourrait révéler des «poches de liaisons cryptiques» (ou «cryptic binding pockets») qui émergent durant la dynamique protéique et qui pourraient fournir de nouveaux sites de liaison pour de nouveaux traitements. «Nous espérons notamment mieux comprendre les protéines de signalisation et les canaux ioniques – des connaissances qui contribueront à la mise au point de futurs traitements contre le cancer et les troubles neurologiques, tels que la maladie de Parkinson», ajoute Thomas J. Lane.

Enfin, les chercheurs ont prévu que leurs dispositifs servent de modèle à des installations similaires dans les sources de lumière synchrotron, qui fournissent également des rayons X pour la recherche scientifique. «Nous pensons naturellement à la Source de lumière suisse SLS au PSI et à la source de rayonnement synchrotron PETRA III du DESY à Hambourg, en Allemagne, affirme Guido Meier. À long terme, ce type d’appareils pourrait être installé dans les installations synchrotron du monde entier, ce qui permettrait de faire progresser encore davantage l’étude de la dynamique des protéines.» Pour atteindre l’objectif fixé dans le cadre du projet SPARX, «la collaboration internationale réunissant des chercheurs de différentes institutions, disposant chacun de leur expertise individuelle, est nécessaire», ajoute encore Guido Meier.

«Nous sommes ravis d’avoir l’occasion de collaborer pour mettre au point une nouvelle méthode permettant d’observer le fonctionnement des protéines d’intérêt médical», conclut John Beale.

Texte: Institut Paul Scherrer PSI/Laura Hennemann

À propos du PSI

L'Institut Paul Scherrer PSI est le plus grand institut de recherche en sciences naturelles et en sciences de l’ingénierie de Suisse. Ici sont réunies les grandes installations de recherche suisses, disponibles à la communauté scientifique et à l'industrie. Les propres recherches du PSI portent dans les domaines suivants: Technologies d’avenir, Energie et climat, Innovation santé et Fondements de la nature. Le budget annuel s'élève à 450 millions de francs suisses. Le PSI emploie 2300 personnes, dont environ un quart sont des post-doctorants, des doctorants ou des apprentis. Le PSI fait partie du domaine des EPF, qui comprend également l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, ainsi que les autres instituts de recherche fédéraux Empa, Eawag et WSL.

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Dr. John Beale
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