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de Bourgogne

Une équipe de l'ICB prouve l'existence de solitons dans les protéines

Une équipe de l'ICB prouve l'existence de solitons dans les protéines

Adrien Nicolaï, Patrice Delarue et Patrick Senet, enseignants-chercheurs au laboratoire ICB (UMR 6303), ont démontré la présence d'ondes solitaires dans les protéines. Une hypothèse émise pour la première fois dans les années 70.

image uB 1En quoi consistent vos recherches ?

Notre métier consiste à simuler, par ordinateur, des protéines directement impliquées dans différentes pathologies. Les protéines exercent de nombreuses fonctions dans l'organisme, dépendamment de leur structure et de leur dynamique.
Nous sommes partis du principe qu'elles sont non-linéraires : elles peuvent répondre plus fortement à certaines sollicitations particulières. Nous avons donc cherché à y détecter des solitons, ondes fortement non-linéaires et très localisées.

Nous n'étions jamais parvenus à mettre en évidence ce type d'ondes dans des protéines. L'hypothèse de leur présence a été émise dès les années 70, mais les modèles employés jusqu'aujourd'hui sont des modèles de physique extrêmement simplifiés qui ne représentent pas du tout les protéines. L'existence de ce type d'ondes est donc très débattu. 

Nos recherches ont révélé des ondes localisées dans l'espace et le temps. Elles ne se propagent pas, contrairement à ce qu'envisageait l'hypothèse des années 70, et sont extrêmement furtives (moins d'une picoseconde, soit 10-12 secondes). Ce sont des ondes très similaires à celles découverte dans les fibres optiques et aux vagues scélérates.
Pour notre étude, nous avons simulé des protéines dans les mêmes conditions que ce que l'on fait pour l'industrie pharmaceutique, avec des modèles très réalistes qui demandent une puissance de calcul considérable. Nous avons la chance, pour cela, de disposer d'un centre de calcul très performant à Dijon. Et, pour la première fois, nous sommes parvenus à mettre en évidence ces ondes solitaires.

Quelles sont les implications de cette découverte ?

Nous avons étudié la protéine sous deux états différents : en situation normale et en situation dépliée, ce qui est une anomalie.

Dans nos cellules, si elle se déplie et qu'elle n'est pas détruite, elle peut causer des maladies telles qu'Alzheimer ou Parkinson. En effet, une protéine dépliée risque de former des agrégats avec d'autres protéines. Heureusement nous avons, dans notre organisme, des systèmes qui les replient correctement ou les détruisent. Cependant, ils ne peuvent agir que dans une certaine mesure. 

En étudiant les protéines dépliées, on s'est aperçu que les ondes solitaires y étaient plusieurs dizaines de fois plus fréquentes qu'en situation normale. Cela pourrait nous permettre de comprendre ce qui se passe dans le déclenchement d'une maladie du mauvais repliement. 

Nous avons également constaté que la glycine, un acide aminé, joue un rôle majeur. En le supprimant, ces ondes disparaissent. Enfin, nous avons démontré que les ondes solitaires existent dans toutes les protéines. 

Quelle est la prochaine étape de vos recherches ?

Nous voulons comprendre la façon dont les ondes solitaires sont reliées au dépliement des protéines. Nous avons également commencé à étudier des protéines directement impliquées dans la maladie d'Alzheimer, les alpha-Synucléines, dans lesquelles nous recherchons des solitons. 

A terme, cette découverte pourra-t-elle apporter un traitement contre ces maladies ?

Il est bien trop tôt pour le dire ! Pour l'instant, nous avons un résultat fondamental : nous avons mis ces ondes en évidence et démontré qu'elles étaient liées au dépliement/repliement. Comme ces protéines dépliées jouent un rôle dans les maladies, on peut supposer que les ondes solitaires jouent aussi un rôle dans leur apparition. Cependant, nous n'en sommes pas certains et nous devons encore mener des recherches sur ce point. 

Site de l'ICB
Article publié dans Scientific Reports (Nature) publié le 11 décembre 2015