Une nouvelle méthode ouvre la voie à l’étude des protéines à séquence répétée

SCIENCE 24.04.2018
Certaines pathologies – c’est notamment le cas de la maladie de Huntington - sont causées par des protéines présentant un nombre anormalement élevé de répétitions d’un même acide aminé
acide aminé
Élément de base constituant les protéines.
. La structure protéique adoptée au niveau de ces répétitions est désordonnée et non accessible aux outils d’analyse actuels. Mais à Montpellier, l’équipe de Pau Bernadó vient de mettre au point une nouvelle méthodologie permettant de s’affranchir de cette limite. Ce travail ouvre la voie à une meilleure compréhension de la maladie de Huntington, mais également à l’étude d’autres maladies héréditaires associées à ce type de phénomène.

Les protéines sont formées d’une combinaison de 20 acides aminés. Chez les eucaryotes
eucaryotes
Organisme dont la cellule possède un « vrai » noyau, entouré d’une membrane.
, environ 15% des protéines présentent des séquences composées de la répétition d’un seul acide aminé. Ces répétitions confèrent une certaine plasticité aux protéines mais, dans un petit nombre de cas, les parties répétées s’étendent. Cela entraîne l’agrégation de la protéine concernée et son dysfonctionnement.
Ainsi, la maladie de Huntington est provoquée par la présence d’une protéine, la huntingtine, présentant un nombre anormalement élevé de répétitions de l’acide aminé glutamine. Habituellement, la glutamine est répétée autour de 20 fois dans cette protéine. Mais un défaut dans la réplication de l’ADN peut conduire le nombre de glutamines à augmenter de génération en génération. La maladie de Huntington se développe lorsque le nombre de répétitions dépasse 35, et ce de façon d’autant plus précoce que le nombre de glutamines est élevé : une personne porteuse d’une huntingtine présentant 38 répétitions de la glutamine déclarera la maladie à un âge très avancé, alors que dans les formes juvéniles de la maladie la protéine est caractérisée par 55, voire 100 répétitions de l’acide aminé.

Un seuil pathologique du nombre de répétitions
"Le nombre de 35 répétitions apparaît comme un seuil au-delà duquel la protéine se comporte anormalement, explique Pau Bernadó du centre de biochimie structurale* à Montpellier. Notre hypothèse est qu’au-delà de cette limite, la protéine change de structure et voit sa fonction altérée. Cependant, tester cette hypothèse se heurte à un obstacle méthodologique : les outils actuels ne permettent pas d’étudier ce type de protéine". En effet, la partie polyglutaminique de la protéine ne se replie pas ; elle reste désordonnée et n’est pas accessible à la cristallographie classiquement utilisée pour déterminer la structure 3D des protéines. Une autre méthode, la spectroscopie par résonnance magnétique nucléaire (RMN), permet d’accéder à la structure de protéines non repliées : elle est déduite de la fréquence de résonnance des atomes, fréquence qui est spécifique de chaque atome et varie en fonction de son environnement proche. Néanmoins cette méthode est de peu d’utilité dans le cas des séquences répétées puisque tous les acides aminés sont identiques : toutes les glutamines apparaissent sur une région très réduite du spectre, rendant difficile son attribution.

Marquer individuellement chaque glutamine

Zoom sur la partie du spectre de RMN de la protéine huntingtine contenant la séquence polyglutaminique. La méthode développée par l’équipe de Pau Bernadó permet de marquer individuellement les glutamines (notées Q) et de les identifier à l’intérieur d’un ensemble autrement indifférencié (en gris). Chaque pic correspond à un acide-aminé.
C’est pour mettre au point une méthodologie permettant d’étudier la structure des huntingtines normales et pathologiques, que Pau Bernadó a bénéficié d’un financement du Conseil européen de la recherche (ERC). Deux ans de travail ont été nécessaires pour réaliser la preuve de concept
preuve de concept
Démonstration de l’intérêt d’une invention ou d’une technologie.
publiée en mars dernier dans la revue Angewandte Chemie International Edition. Ce chercheur et son équipe ont combiné deux méthodes (synthèse de protéine in vitro et ARNt suppresseurs de codons non-sens) pour marquer individuellement chaque glutamine et pouvoir ainsi les identifier sur les spectres issus de la RMN. En réitérant l’opération sur chaque glutamine présente, il est possible d’obtenir la structure de la partie polyglutaminique et d’étudier l’impact du nombre de glutamines répétées sur cette structure.

Une fenêtre sur le monde des protéines à séquences répétées
Cette nouvelle méthodologie ouvre de nombreuses perspectives pour l’étude des protéines avec répétitions, encore peu documentées. Les répétitions de la glutamine sont à l’origine d’au moins dix autres maladies neurodégénératives comme la maladie de Kennedy et autres pathologies neuromusculaires, avec des seuils de répétitions pathologiques très similaires. Par ailleurs, beaucoup de protéines comportant des répétitions d’acides aminés sont impliquées dans des fonctions biologiques importantes. Mieux cerner le monde encore opaque des protéines répétées permettra de mieux comprendre leur comportement et d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques.
Note
* unité 1054 Inserm/CNRS/Université de Montpellier, Centre de biochimie structurale (CBS), équipe Structure et fonction de protéines hautement flexibles, Montpellier
 

Source
A Urbanek et coll. A general strategy to access structural information at atomic resolution in polyglutamine homorepeats. Angew Chem Int, édition en ligne du 7 mars 2018

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Un nouveau vaccin contre la coqueluche en développement

COMMUNIQUÉ | 29 SEPT. 2020 - 10H54 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

IMMUNOLOGIE, INFLAMMATION, INFECTIOLOGIE ET MICROBIOLOGIE | SANTÉ PUBLIQUE


Une équipe de recherche de l’Inserm, de l’Université Lille, du CHU de Lille, du CNRS et de l’Institut Pasteur de Lille en partenariat avec ILiAD Biotechnologies, au sein du Centre d’infection et immunité de Lille, développe un nouveau vaccin contre la coqueluche. En utilisant la bactérie entière mais génétiquement modifiée pour supprimer sa toxicité, les chercheurs espèrent pallier les défauts d’efficacité du vaccin actuel en induisant une réponse immunitaire durable et en bloquant la transmission bactérienne entre individus. De nouveaux travaux parus dans The Lancet Infectious Diseases présentent les résultats de phase 1 des essais cliniques de ce vaccin qui attestent une bonne tolérance et une réponse efficace chez l’adulte.

La coqueluche est une maladie respiratoire causée par la bactérie Bordetella pertussis. Hautement contagieuse, elle peut s’avérer fatale chez les nourrissons. La vaccination est donc recommandée pour ces derniers, ainsi que pour leur entourage.
Les premiers vaccins contre la coqueluche datent des années 50. Ces vaccins dits « inactivés » consistaient à injecter la bactérie inactivée par la chaleur ou par des traitements chimiques. Efficaces, ils avaient cependant l’inconvénient d’induire après l’injection, un certain nombre d’effets indésirables locaux et généraux généralement peu graves mais gênants. Une seconde génération de vaccins mieux tolérés – fondés cette fois sur l’utilisation de seulement quelques protéines bactériennes –, a donc été développée.

Depuis les années 2000, ces vaccins sont utilisés dans les pays industrialisés, mais il n’a pas fallu dix ans pour constater que le taux de coqueluche en population générale remontait malgré la vaccination. Les vaccins actuels protègent en effet bien contre la maladie mais leur réponse est de courte durée (3 à 5 ans) et ils ne bloquent pas suffisamment la transmission de la bactérie entre individus.
Le directeur de recherche Inserm Camille Locht et son équipe du Centre d’infection et d’immunité de Lille (Inserm/Université Lille/CHU de Lille/CNRS/Institut Pasteur de Lille) travaillent sur un nouveau vaccin contre la coqueluche plus efficace que ceux existants. Ce vaccin appelé BPZE1 repose, comme les vaccins de première génération, sur la bactérie entière mais cette fois-ci vivante.  BPZE1 est en effet un vaccin « vivant atténué », c’est-à-dire qu’il contient un agent infectieux vivant mais dont le pouvoir pathogène est génétiquement atténué (et non pas inactivé à la chaleur).

Un des défis majeurs dans la mise au point de BPZE1 était de parvenir à améliorer la tolérance qui faisait défaut aux premiers vaccins. Après avoir identifié et décrit les gènes de toxicité responsables des effets pathologiques de la coqueluche, les chercheurs sont parvenus à modifier génétiquement la bactérie pour obtenir une souche dépourvue de toxicité à partir de laquelle ils ont conçu BPZE1. Ce vaccin s’administre par voie nasale, sous forme de suspension inhalée, reproduisant ainsi la voie naturelle d’infection et améliorant par conséquent la durée d’efficacité.

« Ce vaccin déclenche une immunité locale dans les voies respiratoires avec la mobilisation de l’immunité innée qui permet une réponse rapide, explique Camille Locht. En outre, la bactérie est rapidement éliminée après son introduction dans les voies nasales, ce qui limite sa transmission. Nous espérons que BPZE1 sera efficace plusieurs dizaines d’années. »

Après des essais pré-cliniques satisfaisants chez l’animal, les chercheurs ont mené un essai de phase 1 chez l’humain afin de vérifier la bonne tolérance et la réponse à trois doses différentes de vaccin en une administration nasale unique.
L’essai a inclus 48 participants âgés de 18 à 32 ans, présentant peu d’anticorps spécifiques de la bactérie Bordetella pertussis. Ils ont été répartis en trois groupes correspondant aux trois doses. Dans chaque groupe, 12 individus recevaient le vaccin et 4 recevaient un placebo. Un prélèvement nasal et une prise de sang ont été effectués à six reprises au cours du premier mois, puis six mois après et enfin un an après, pour vérifier la présence du vaccin dans les muqueuses et l’apparition d’une réponse immunitaire spécifique.

La dose la plus élevée a déclenché la production d’anticorps spécifiques encore présents un an après chez 100 % des volontaires (80 % avec la dose la plus faible). En outre, les trois doses ont été bien tolérées avec des effets indésirables équivalents à ceux rapportés dans les groupes placebo.

Encouragés par ces résultats, les chercheurs ont déjà lancé la phase 2 des essais cliniques avec 300 volontaires. « Si ce vaccin franchit toutes les étapes du développement, il pourra être utilisé en premier lieu chez les adultes s’occupant de nourrissons pour protéger ces derniers d’une éventuelle transmission, précise Camille Locht. L’utilisation chez les personnes fragiles et les nourrissons est prévue, mais elle nécessitera des données de sécurité complémentaires pouvant être longues à obtenir », conclut-il.  
Ces travaux de recherche ont été réalisés dans le cadre d’un partenariat et d’une collaboration avec ILiAD Biotechnologies.

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Le lien entre odorat et santé progressivement décodé

SCIENCE 13.05.2014
Chaque molécule odorante volatile se lie à de nombreux récepteurs olfactifs au niveau des narines, générant un réseau complexe d’informations. En outre, certaines d’entre elles présentent des similitudes avec des molécules capables d’interagir avec des protéines impliquées dans le métabolisme. La description des liens entre odorat et santé progresse.


Un vaste réseau de récepteurs olfactifs situés dans la couche de cellules qui tapissent les narines traite différemment chaque odeur. C’est ce que montrent des chercheurs Inserm qui ont dressé une carte virtuelle de ces réseaux. Pour cela, ils ont intégré et analysé des centaines d’études sur les associations entre des molécules odorantes et leurs interactions avec ces récepteurs.

Cet exercice ambitieux avait un objectif : mieux comprendre comment fonctionne le système olfactif à partir de données déjà publiées solides mais éparses. "Nous savions que pour une senteur donnée, plusieurs individus évoquent des notes odorantes différentes, plus ou moins fruitées, agréables... Nous suspections donc qu’une molécule odorante pouvait se lier à plusieurs récepteurs olfactifs avec l’un d’entre eux majoritaire", explique Olivier Taboureau*, co-auteur des travaux. Cette notion, associée aux données disponibles sur les interactions entre des molécules odorantes et les quelques 400 types de récepteurs olfactifs de l’organisme, a permis aux auteurs de dresser une carte prédictive des récepteurs activés pour une odeur donnée. Le schéma obtenu montre un réseau de points plus ou moins gros, reliés entre eux, illustrant l’importance du recrutement des récepteurs impliqués dans la reconnaissance d’une odeur donnée.
Pour vérifier leur modèle, les chercheurs ont ensuite demandé à une équipe de l’Inra de Dijon de le tester in vitro. En laboratoire, les chercheurs ont exposé des molécules odorantes à des récepteurs olfactifs et ont regardé auxquels elles se liaient. En comparant les résultats obtenus à ceux prévus par le programme, ils ont été agréablement surpris par la convergence des résultats.

Influence possible des odeurs sur des fonctions métaboliques
Mais leurs travaux ne s’arrêtent pas là. Compte tenu de l’association entre la modification ou perte d’odorat et certaines maladies (notamment Alzheimer), la même équipe Inserm a dans un second temps évalué les interactions possibles entre ces molécules odorantes et l’organisme. Pour cela, ils ont tout simplement comparé leur structure avec celle de plus d’un million de molécules chimiques déjà connues interagissant avec des protéines du corps.

Ce travail leur a permis de constater que quatre molécules odorantes retrouvées dans des fruits, plantes, et additifs alimentaires pouvaient interagir avec les récepteurs 1 aux cannabinoïdes et les récepteurs nucléaires PPARd, impliqués dans le métabolisme, notamment dans la satiété. "Ces résultats suggèrent un effet possible de certaines molécules olfactives sur la satiété. Une hypothèse qui reste à démontrer", résume Olivier Taboureau. "Ce travail, assez fondamental à ce stade, permet de mieux comprendre le fonctionnement du système olfactif et permettra, sans doute, dans un second temps de décrypter les mécanismes associant certaines maladies et l’odorat", conclut le chercheur.
Note
*unité 973 Inserm/Université Paris Diderot, Paris

Source
K. Audouze et coll. Identification of Odorant-Receptor Interactions by Global Mapping of the Human Odorome. PLoS ONE 9(4): e93037. doi:10.1371/journal.pone.0093037

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Les acides gras, essentiels au système nerveux…de l’intestin (aussi)

COMMUNIQUÉ | 09 NOV. 2015 - 16H02 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE | PHYSIOPATHOLOGIE, MÉTABOLISME, NUTRITION


Comment le défaut d’un acide gras explique la maladie de Crohn ?
Deux équipes de recherche de l’Inserm viennent de montrer qu’un défaut de production par l’intestin d’un « messager » lipidique, était associé à la maladie de Crohn, une maladie inflammatoire chronique de l’intestin (MICI) fréquente et très invalidante. Ce messager, dérivé d’un acide gras essentiel, régule la perméabilité de la barrière intestinale et pourrait ainsi devenir une cible de choix dans la prise en charge des MICI. Ces travaux éclairent aussi d’un jour nouveau le rôle des cellules gliales entériques. A l’égal de leurs homologues du système nerveux central, trop longtemps considérés comme jouant un « second rôle », les cellules gliales de l’intestin commencent à dévoiler leur « jeu » en réalité indispensable à l’homéostasie intestinale. Le détail de ces travaux est publié dans Gastroenterology.

 
Le système nerveux entérique joue un rôle central dans le contrôle de l’homéostasie des fonctions digestives telles que la motricité ou encore le contrôle des fonctions de la barrière épithéliale intestinale. Ce système nerveux intégratif, situé tout le long du tube digestif, est constitué de neurones et de cellules gliales. Le rôle des cellules gliales entériques reste encore largement à découvrir. Un nombre croissant d’études montrent qu’elles régulent, de manière analogue aux astrocytes du cerveau, les fonctions des neurones entériques mais aussi de la barrière épithéliale intestinale telles que la prolifération des cellules épithéliales, leur migration, la perméabilité (paracellulaire et transcellulaire) ainsi que les processus de réparation. Les cellules gliales régulent ces fonctions via la libération de différents gliomédiateurs dont certains dérivés lipidiques des acides gras polyinsaturés (AGPI) n-6.
 
Par ailleurs, les atteintes des cellules gliales entériques (CGE) dans des pathologies associées à des dysfonctions de la barrière intestinale, restent limitées à la description de modification d’expression de marqueurs gliaux. Ces dysfonctions de la barrière intestinale (augmentation de la perméabilité, défaut de réparation) sont reconnues comme pouvant jouer un rôle clef dans les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI) en participant au déclenchement des rechutes. Réduire ces dysfonctions est aussi un mécanisme d’action probable des biothérapies utilisées dans la prise en charge des MICI.
 
Dans ce contexte Malvyne Rolli Derkinderen et Michel Neunlist, chercheurs de l’Unité mixte de recherche Inserm-Université de Nantes « Neuropathies du système nerveux entérique et pathologies digestives », et leurs collaborateurs de l’Institut de Recherche en Santé Digestive de Toulouse Purpan, ont cherché dans un premier temps à caractériser la production de médiateurs lipidiques dérivés des n-6 dans les cellules gliales entériques animales et humaines. Ils ont ensuite analysé l’impact des dérivés des AGPI majoritairement produits sur des fonctions de la barrière épithéliale intestinale, et, enfin, ont mis en évidence le défaut de production de l’un d’entre eux chez les patients atteints de maladie de Crohn.


En vert : en situation physiologique, les cellules gliales entériques produisent des dérivés lipidiques dont la 15-HETE qui renforce l’étanchéité de la barrière épithéliale intestinale et empêche le passage de pathogène.
En rouge : au cours de la Maladie de Crohn, il existe un déficit de production gliale de 15-HETE qui conduit à une augmentation de la perméabilité de la barrière et facilite le passage de pathogènes. Ceci contribuerait aux rechutes de la maladie ou à sa sévérité.


Ainsi les chercheurs ont montré que les CGE humaines (et de rat) sont capables de produire des AGPI n-6, et notablement le 15-HETE, synthétisé par la 15-lipoxygenase-2. Ce 15-HETE renforce la barrière épithéliale intestinale en diminuant la perméabilité paracellulaire in vivo et in vitro, en particulier en augmentant l’expression de molécules des jonctions serrées dont la Zonula Occludens-1.
Dans des CGE isolées de patients atteints par la Maladie de Crohn, les chercheurs ont mis en évidence un défaut de production de 15-HETE associé à une perte de la capacité des CGE à contrôler la perméabilité de la barrière épithéliale intestinale.

Ces travaux identifient donc les AGPI n-6 comme source de dérivés aux effets potentiellement bénéfiques sur les fonctions de la barrière épithéliale intestinale dans les MICI. Pour Camille Pochard et Sabrina Coquelorge, les 2 premières auteures, « ces résultats contribuent à la fois à renforcer le rôle des cellules gliales en particulier et du système nerveux entérique en général dans les processus physiopathologiques des MICI et aussi d’identifier de nouvelles cibles d’intérêt thérapeutique».

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