Les cellules sont compartimentées par des membranes et les protéines présentes dans ces membranes jouent un rôle important dans le transport de l’information cellulaire. Pour que ces protéines fonctionnent correctement, une structure protéique tertiaire doit être formée par le processus de repliement correct. Dans une étude publiée dans Nature Chimie Biologiele processus de repliement d’un transporteur de glucose – une protéine membranaire complexe – a été identifié pour la première fois à l’aide de pinces magnétiques à une seule molécule.
En utilisant le complexe de protéines membranaires (EMC) du réticulum endoplasmique (ER) et une molécule lipidique avec une structure spécifique, la voie de repliement d’un transporteur de glucose a été entièrement élucidée dans un environnement physiologique. Grâce à la bioinformatique, il a également été découvert que la capacité de formation de structure de la protéine membranaire et sa capacité à transporter le glucose devaient avoir trouvé un équilibre tout au long de son histoire évolutive.
Bien que les structures de nombreuses protéines membranaires, y compris les transporteurs de glucose, aient déjà été révélées grâce aux avancées récentes de la biologie structurale telles que la cryo-microscopie électronique, la voie de repliement dans laquelle se forment les structures de ces protéines membranaires reste presque totalement inconnue. En 2019, l’équipe de recherche a rapporté dans Science que les voies de repliement des protéines membranaires peuvent être révélées à l’aide de pincettes magnétiques, marquant la première fois au monde que la voie de repliement d’une protéine membranaire a été révélée.
Des pincettes magnétiques peuvent être utilisées pour appliquer une force sur une seule protéine, dépliant ainsi complètement la structure d’une protéine. De plus, si la force appliquée est ensuite abaissée, il est possible d’observer le processus de repliement de la protéine libérée dans sa forme pliée d’origine (Figure 1,2).
Les protéines de transport du glucose, comme leur nom l’indique, sont un groupe de protéines qui possèdent une voie par laquelle le glucose peut passer. Les voies de transport du glucose sont fonctionnellement essentielles, mais ces voies agissent également comme des obstacles dans la formation des structures tertiaires des protéines membranaires. Les cellules disposent de divers assistants pour résoudre ces difficultés. Dans cette étude, il a été constaté que l’EMC – un type de chaperon protéique – ainsi que des molécules lipidiques à structure unique agissent conjointement pour aider le transporteur de glucose dans la formation de sa structure.
Plus précisément, il a été confirmé que le domaine correspondant à la moitié des protéines de transport du glucose situées dans l’extrémité N-terminale contenait des formations de structure plus stables par rapport aux protéines du domaine C-terminal ultérieur (Figure 2). En utilisant la bioinformatique, cette caractéristique des protéines de transport de glucose s’est avérée être conservée dans toutes les protéines de transport de sucre métazoaires (Figure 3). Grâce à ces observations, on peut conclure que la cellule devait trouver un équilibre dans sa structure en sacrifiant une partie de sa capacité de formation de structure afin d’obtenir des protéines membranaires plus fonctionnelles en développant des chaperons hautement fonctionnels ou des molécules lipidiques à structure unique.
Hyun-Kyu Choi et al, Équilibre évolutif entre la pliabilité et la fonctionnalité d’un transporteur de glucose, Nature Chimie Biologie (2022). DOI : 10.1038/s41589-022-01002-w