Des scientifiques chinois ont étudié la manière dont les courtes chaînes peptidiques s’agrègent afin d’approfondir notre compréhension du processus crucial pour la stabilité des médicaments et le développement de matériaux.
Leur étude, publiée dans JACS Aufournit des informations précieuses sur la manière dont les protéines courtes appelées peptides interagissent, se replient et fonctionnent. Ces découvertes ont des implications importantes pour la médecine, la science des matériaux et la biotechnologie.
Les peptides sont de courtes chaînes d’acides aminés qui jouent un rôle essentiel dans l’organisme en construisant des structures, en accélérant les réactions chimiques et en soutenant notre système immunitaire. La fonction spécifique d’une protéine est déterminée par la façon dont ses acides aminés interagissent entre eux et s’agrègent en une structure tridimensionnelle.
L’équipe de recherche a utilisé des simulations de dynamique moléculaire ainsi que des techniques d’IA avancées, notamment des modèles d’apprentissage profond comme Transformer Regression Networks, pour prédire comment divers peptides de quatre ou cinq acides aminés (tétrapeptides et pentapeptides, respectivement) s’agrégeraient en fonction de leur séquence d’acides aminés.
En analysant 160 000 tétrapeptides et 3,2 millions de pentapeptides, ils ont découvert que certains acides aminés, en particulier aromatiques comme le tryptophane, la phénylalanine et la tyrosine, améliorent considérablement l’agrégation, en particulier lorsqu’ils sont situés vers une extrémité (le C-terminus) de la chaîne peptidique.
Cela est probablement dû au fait que les acides aminés aromatiques ont des structures en forme d’anneau qui s’attirent les uns les autres par le biais de leurs nuages d’électrons, normalement appelés interactions « π-π », ce qui les aide à s’agglutiner. En revanche, les acides aminés hydrophiles, tels que l’acide aspartique et l’acide glutamique, inhibent l’agrégation en raison de la forte interaction avec les molécules d’eau qui empêche les peptides de se coller les uns aux autres.
L’étude a également montré que la modification de la séquence d’acides aminés affecte l’agrégation. Par exemple, l’ajout d’acides aminés aromatiques à la fin de la chaîne peptidique augmente l’agrégation, tandis que le placement d’acides aminés chargés négativement au début la réduit. L’équipe a également découvert que les peptides s’agglutinent sous différentes formes en fonction des types et des positions de leurs acides aminés.
« Les acides aminés chargés amènent généralement les peptides à former de longues structures en forme de fil, tandis que ceux qui évitent l’eau ont tendance à créer des amas ronds en forme de boule », explique le Dr Wenbin Li, professeur adjoint à l’Université Westlake et auteur correspondant de l’étude.
« Nous avons également découvert qu’en comprenant comment les tétrapeptides adhèrent les uns aux autres, nous pouvons prédire le comportement des pentapeptides, ce qui facilite la prédiction de la manière dont les peptides plus longs s’agglutineront. »
Les résultats fournissent des lignes directrices importantes pour prédire et gérer la manière dont les peptides s’agrègent.
« Ces connaissances pourraient aider à créer de nouveaux matériaux, à concevoir des médicaments et des systèmes d’administration de médicaments plus stables, et à comprendre les maladies liées à l’agrégation de peptides, comme la maladie d’Alzheimer, où les peptides bêta-amyloïdes agglutinés forment des plaques dommageables dans le cerveau », explique le Dr Jiaqi Wang, professeur adjoint à l’Université Xi’an Jiaotong-Liverpool (XJTLU) et premier auteur de l’étude.
« Cela peut également améliorer la biotechnologie, comme les semi-conducteurs, les biocapteurs et les diagnostics, en garantissant que ces outils fonctionnent avec précision et cohérence.
« En offrant de nouvelles perspectives sur l’agrégation des peptides, cette recherche devrait faire progresser la biochimie, la science des matériaux et la biologie computationnelle. Elle démontre également l’intégration de l’IA dans la découverte scientifique. Ces avancées pourraient conduire à des percées dans les traitements médicaux, les produits respectueux de l’environnement et les technologies innovantes. »
Plus d’informations :
Jiaqi Wang, Zihan Liu, Shuang Zhao, Yu Zhang, Tengyan Xu, Stan Z. Li, Wenbin Li. Règles d’agrégation des peptides courts JACS Au (2024). DOI: 10.1021/jacsau.4c00501. pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.4c00501