Analyser une seule protéine, un acide aminé à la fois —


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  • À l’aide de la technologie de séquençage de l’ADN nanopore, des chercheurs de TU Delft et de l’Université de l’Illinois ont réussi à scanner une seule protéine : en déplaçant lentement une protéine linéarisée à travers un minuscule nanopore, un acide aminé à la fois, les chercheurs ont pu lire les courants électriques qui se rapportent au contenu informationnel de la protéine. Les chercheurs ont publié leur preuve de concept dans La science aujourd’hui. Le nouveau lecteur de peptides à une seule molécule marque une percée dans l’identification des protéines et ouvre la voie au séquençage des protéines à une seule molécule et au catalogage des protéines à l’intérieur d’une seule cellule.

    Les protéines sont les bêtes de somme de nos cellules, mais nous ne savons tout simplement pas quelles protéines nous transportons tous avec nous. Une protéine est une longue chaîne peptidique composée de 20 types différents d’acides aminés, comparable à un collier avec différents types de perles. À partir du schéma directeur de l’ADN, nous sommes en mesure de prédire de quels acides aminés se compose une protéine. Cependant, la protéine finale peut être très différente du modèle, par exemple en raison de modifications post-traductionnelles. Les méthodes actuelles de mesure des protéines sont coûteuses, limitées à de grands volumes et ne peuvent pas détecter de nombreuses protéines rares. Grâce à la technologie basée sur les nanopores, on est déjà capable de scanner et de séquencer des molécules d’ADN uniques. L’équipe dirigée par Cees Dekker (TU Delft) a maintenant adapté cette technique pour scanner à la place une seule protéine, un acide aminé à la fois.

    “Au cours des 30 dernières années, le séquençage d’ADN basé sur les nanopores est passé d’une idée à un véritable dispositif fonctionnel”, explique Cees Dekker. “Cela a même conduit à des séquenceurs de nanopores portables commerciaux qui desservent le marché de la génomique d’un milliard de dollars. Dans notre article, nous étendons ce concept de nanopore à la lecture d’un seul protéines. Cela peut avoir un impact important sur la recherche fondamentale sur les protéines et les diagnostics médicaux. »

    Comme des perles dans les égouts

    La nouvelle technique révèle les caractéristiques d’un seul acide aminé au sein d’un peptide, mais comment ? L’auteur principal de l’article Henry Brinkerhoff, qui a été le pionnier de ce travail en tant que post-doctorant dans le laboratoire de Dekker, explique : “Imaginez la chaîne d’acides aminés dans une molécule peptidique comme un collier avec des perles de différentes tailles. Ensuite, imaginez que vous ouvrez le robinet alors que vous déplacez lentement ce collier dans le drain, qui dans ce cas est le nanopore. Si une grosse perle bloque le drain, l’eau qui s’écoule ne sera qu’un filet ; si vous avez des perles plus petites dans le collier juste au drain, plus l’eau peut s’écouler. Grâce à notre technique, nous pouvons mesurer très précisément la quantité d’eau qui s’écoule (le courant ionique en fait). Cees Dekker ajoute avec enthousiasme : “Une caractéristique intéressante de notre technique est que nous avons pu lire une seule chaîne de peptides encore et encore : nous calculons ensuite la moyenne de toutes les lectures de cette seule molécule, et identifions ainsi la molécule avec une précision de 100 %. “

    Il en résulte une lecture unique qui est caractéristique d’une protéine spécifique. Lorsque les chercheurs ont changé ne serait-ce qu’un seul acide aminé dans le peptide (“une seule perle dans le collier”), ils ont obtenu des signaux très différents, indiquant l’extrême sensibilité de la technique. Le groupe dirigé par Alek Aksimentiev de l’Université de l’Illinois a effectué des simulations de dynamique moléculaire qui ont montré comment les signaux de courant ionique se rapportent aux acides aminés dans le nanopore.

    Lecture du code-barres pour identification

    La nouvelle technique est très puissante pour identifier des protéines uniques et cartographier les changements infimes entre elles – un peu comme la façon dont un caissier de supermarché identifie chaque produit en scannant son code-barres. Cela peut également fournir une nouvelle voie vers la pleine de novo séquençage des protéines à l’avenir. Henry Brinkerhoff précise : “Notre approche pourrait jeter les bases d’un séquenceur monoprotéique à l’avenir, mais de novo le séquençage reste un grand défi. Pour cela, nous devons encore caractériser les signaux d’un grand nombre de peptides afin de créer une «carte» reliant les signaux de courant ionique à la séquence protéique. Même ainsi, la capacité de discriminer les substitutions d’un seul acide aminé dans des molécules uniques est une avancée majeure, et il existe de nombreuses applications immédiates pour la technologie telle qu’elle est actuellement.”

    Entrevoir la « matière noire » de la biologie

    En utilisant le lecteur de peptides nanopore actuel, les chercheurs peuvent commencer à analyser quelles protéines flottent dans nos cellules. Après synthèse dans les cellules, les protéines subissent encore des modifications qui affectent leur fonction, appelées modifications post-traductionnelles. Les millions de variants protéiques qui en résultent sont difficiles à mesurer et pourraient être considérés comme la « matière noire de la biologie ». Cees Dekker : “Pour continuer la métaphore : après la fabrication d’un collier avec ses perles, il sera encore changé : certaines perles rouges se voient attacher un phosphoryle, certaines perles bleues un groupe sucre, etc. Ces changements sont cruciaux pour la fonction des protéines , et aussi un marqueur de maladies comme le cancer. Nous pensons que notre nouvelle approche nous permettra de détecter de tels changements, et ainsi de faire la lumière sur les protéines que nous transportons avec nous.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de technologie de Delft. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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