Peter Wolynes, de l’Université Rice, et son équipe de recherche ont dévoilé une avancée majeure dans la compréhension de l’évolution de séquences génétiques spécifiques, appelées pseudogènes. Leur article était publié le 13 mai dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
Dirigée par Wolynes, professeur de sciences à la Fondation DR Bullard-Welch, professeur de chimie, de biosciences, de physique et d’astronomie et codirecteur du Centre de physique biologique théorique (CTBP), l’équipe s’est concentrée sur le déchiffrement des paysages énergétiques complexes de la dé- séquences protéiques putatives évoluées correspondant à des pseudogènes.
Les pseudogènes sont des segments d’ADN qui codaient autrefois pour des protéines, mais qui ont depuis perdu leur capacité à le faire en raison de la dégradation de la séquence, un phénomène appelé dévolution. Ici, la dévolution représente un processus évolutif sans contrainte qui se produit sans les pressions évolutives habituelles qui régulent les séquences codantes pour les protéines fonctionnelles.
Malgré leur état inactif, les pseudogènes ouvrent une fenêtre sur le parcours évolutif des protéines.
« Notre article explique que les protéines peuvent évoluer », a déclaré Wolynes. « Une séquence d’ADN peut, par mutations ou par d’autres moyens, perdre le signal qui lui indique de coder pour une protéine. L’ADN continue de muter mais ne doit pas nécessairement conduire à une séquence susceptible de se replier. »
Les chercheurs ont étudié l’ADN indésirable dans un génome qui a évolué. Leurs recherches ont révélé qu’une accumulation de mutations dans des séquences pseudogènes perturbe généralement le réseau natif d’interactions stabilisatrices, ce qui rend difficile le repliement de ces séquences en protéines fonctionnelles si elles devaient être traduites.
Cependant, les chercheurs ont observé des cas où certaines mutations ont stabilisé de manière inattendue le repliement des pseudogènes au prix d’une altération de leurs fonctions biologiques antérieures.
Ils ont identifié des pseudogènes spécifiques, tels que la cyclophiline A, la profiline-1 et la petite protéine modificatrice 2 de type ubiquitine, où des mutations stabilisatrices se sont produites dans des régions cruciales pour la liaison à d’autres molécules et d’autres fonctions, suggérant un équilibre complexe entre la stabilité des protéines et l’activité biologique.
De plus, l’étude met en évidence la nature dynamique de l’évolution des protéines, car certains gènes précédemment pseudogénisés peuvent retrouver leur fonction codant pour les protéines au fil du temps malgré de multiples mutations.
À l’aide de modèles informatiques sophistiqués, les chercheurs ont interprété l’interaction entre les paysages physiques repliés et les paysages évolutifs des pseudogènes. Leurs découvertes prouvent que le caractère en forme d’entonnoir des paysages plissés vient de l’évolution.
« Les protéines peuvent dé-évoluer et voir leur capacité à se replier compromise au fil du temps en raison de mutations ou d’autres moyens », a déclaré Wolynes. « Notre étude offre la première preuve directe que l’évolution façonne le repliement des protéines. »
Aux côtés de Wolynes, l’équipe de recherche comprend l’auteur principal et étudiante diplômée en physique appliquée Hana Jaafari ; Carlos Bueno, associé postdoctoral du CTBP ; Jonathan Martin, étudiant diplômé de l’Université du Texas à Dallas ; Faruck Morcos, professeur agrégé au Département des sciences biologiques de l’UT-Dallas ; et Nicholas P. Schafer, chercheur en biophysique au CTBP.
Les implications de cette recherche s’étendent au-delà de la biologie théorique avec des applications potentielles en ingénierie des protéines, a déclaré Jaafari.
« Il serait intéressant de voir si quelqu’un dans un laboratoire pourrait confirmer nos résultats pour voir ce qui arrive aux pseudogènes qui sont physiquement plus stables », a déclaré Jaafari. « Nous avons une idée basée sur notre analyse, mais elle serait convaincante pour obtenir une validation expérimentale. »
Plus d’information:
Hana Jaafari et al, Les paysages énergétiques physiques et évolutifs des séquences protéiques dévolues correspondant aux pseudogènes, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2322428121