Agrégats de protéines et maladies

BIOCHIMIE – DR. JAKUBOWSKI


Buts / objectifs d’apprentissage pour le chapitre 2H: Après le cours et cette lecture, les élèves seront capables de

     décrire des preuves expérimentales pour montrer que le repliement et l’agrégation des protéines dépendent de la séquence d’acides aminés et de l’environnement dans lequel le repliement se produit.
     décrire les conditions in vitro qui peuvent favoriser l’agrégation et comment celles-ci pourraient être minimisées in vivo
     décrire des conformations alternatives de protéines prions et les relier à un paysage de topologie énergétique
     expliquer comment les maladies à prions peuvent être transmises en l’absence de matériel génétique


H2. Prions et maladies

La forme cellulaire normale de cette protéine, la PrPc, est hautement conservée chez les mammifères et est largement exprimée dans l’embryogenèse. Il existe des techniques pour supprimer ou fabriquer des gènes inefficaces chez la souris. Lorsqu’une souris a éliminé la PrPc (c’est-à-dire que le gène de la protéine a été supprimé dans toutes les cellules), les souris ont semblé normales. Des données plus récentes suggèrent cependant que ces souris avaient altéré les rythmes circadiens et les habitudes de sommeil, ce qui suggère un lien possible avec l’insomnie familiale fatale. La PrPc est une protéine membranaire normale dans les neurones. Il est ancré à la membrane par une liaison glycosyl-phosphatidyl inositol, avec la chaîne protéique à l’extérieur de la membrane plasmique neuronale. La PrPc (sans le lien PI) est soluble dans l’eau, sensible aux protéases et se compose de 42% d’hélice alpha et de 3% de feuille bêta.

Jmol: mise à jour des protéines prions, de la maladie de la vache folle et des mutations Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

Le problème dans les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) est la formation d’agrégats de protéines de type amyloïde qui semblent être neurotoxiques. La protéine présente dans les plaques (dans des cas autres que ceux hérités) a la même séquence primaire que la PrPc mais une structure secondaire et probablement tertiaire différente. La protéine présente dans les plaques, appelée PrPsc (la forme tremblante de la protéine normale) est insoluble dans une solution aqueuse, résistante aux protéases et a une teneur en feuille bêta élevée (43%) et une teneur en hélice alpha inférieure (30%) que la version normale de la protéine PrPc.

Figure: Modèles de dessins animés de PrPc et PrPsc

Il existe également une forme génétique de maladie héréditaire, dans laquelle se produit une forme mutante de la PrPc, dont la structure normale est déstabilisée par la mutation. Les agrégats causés par la forme mutante de la maladie sont compréhensibles à la lumière des autres maladies dont nous avons discuté ci-dessus. La question est de savoir comment la PrPc normale forme PrPsc. Les preuves montrent que si du PrP * c radiomarqué provenant de cellules exemptes de tremblante est ajouté au PrPsc non marqué provenant de cellules infectées par la scapie, le PrP * c est converti en PrP * sc! Il apparaît que la protéine PrPc a deux formes pas très différentes en énergie, l’une composée principalement d’hélice alpha et l’autre de feuille bêta. Un dimère de PrPc.PrPsc pourrait se former, ce qui déstabilise le PrP * c provoquant un décalage conformationnel vers la forme PrPsc, qui s’agrégerait ensuite. L’exposition à la forme PrPsc catalyserait alors la conversion de la PrPc normale en PrPsc. Par conséquent, il serait transmissible par contact avec uniquement la forme PrPsc de la protéine. De même, la spécificité des espèces pourrait être expliquée si seuls des dimères de PrPc.PrPsc formés à partir de protéines de la même espèce pouvaient se produire. La forme héréditaire de la maladie serait expliquée car la forme mutante de la protéine normale formerait plus facilement la structure bêta trouvée dans l’agrégat.

Il a récemment été découvert que la même mutation dans PrPc, Asp178Asn peut provoquer deux maladies différentes – la MCJ et la FFI. La maladie que vous contractez dépend de votre présence de l’un des deux variants naturels inoffensifs de l’acide aminé 129 du gène PrPc normal. Si vous avez un Met à cette position et que vous acquérez la mutation Asp178Asn, vous obtenez la MCJ. Si, d’autre part, vous avez un Val à l’acide aminé 129 et acquérez la mutation Asp178Asn, vous obtenez FFI. Cette maladie a été observée pour la première fois en 1986 et a été signalée dans cinq familles dans le monde. Elle survient à la fin des années 50, également chez les hommes et les femmes. Elle se caractérise par une perte progressive de la capacité à dormir et des rythmes circadiens perturbés. Le cerveau présente une perte neuronale. Il est connu que les acides aminés 129 et 178 se produisent au début des hélices alpha, comme prévu par les calculs de propension. L’exposition chronique à des niveaux micromolaires du fragment synthétique 106-126 de PrPc tue les neurones hippocampiques. Ce peptide a également la plus grande tendance à agréger des peptides de PrPc synthétiques.

Une série d’études récentes ont élargi nos connaissances sur la structure des prions. Nelson et al. ont obtenu la structure cristalline d’un agrégat de fibrilles constitué d’un peptide court (7 acides aminés) à partir de la protéine de prion de levure Sup35. Comme cela se produit vraisemblablement dans les fibres amyloïdes, ces cristaux présentent des structures en feuille bêta empilées verticalement pour produire des structures de fibrilles. L’unité d’empilement semble être des paires de feuilles bêta, les acides aminés latéraux intérieurs d’un membre de la paire interagissant avec les chaînes latérales intérieures des acides aminés de l’autre membre de la paire, dans un processus qui exclut l’eau. Des études similaires menées par Ritter et al, en utilisant la RMN et la fluorescence, ont révélé que la paire de feuilles bêta était le motif de la fibrille. En utilisant la fluorescence, ils ont identifié deux régions, chacune de 15 acides aminés, importantes dans l’effondrement à l’état de globule fondu pour la nucléation de la formation de fibrilles.

Kuru a tué de nombreux membres de la tribu Fore en Nouvelle-Guinée jusqu’à ce que la pratique cannibale de manger des parents décédés soit arrêtée. L’analyse des gènes de la protéine prion dans la tribu Fore et d’autres groupes ethniques dans le monde montre deux versions différentes par un seul acide aminé chez toutes les personnes (rappelez-vous qu’un seul gène est représenté à la fois dans les chromosomes maternel et paternel. Que ces deux formes existent à travers le monde suggèrent qu’ils ont été sélectionnés pour l’évolution et confèrent un avantage biologique. Les personnes qui ont une seule forme de protéine sont plus sensibles au développement de maladies à prions. Mead et Collinge ont montré qu’environ 75% des personnes âgées Fore les femmes (qui avaient vécu des pratiques cannibales) avaient deux gènes de prions différents, contre environ 15% des femmes d’autres groupes ethniques. Ce pourcentage élevé suggère que ces femmes étaient protégées de la maladie, conduisant par sélection naturelle à un pourcentage élevé d’hétérozygotes dans cette population définie. La présence générale de deux formes du gène du prion (qui offre probablement une protection contre les maladies à prions) suggère l’ibalisme aurait pu être répandu chez nos premiers ancêtres.

Il semble y avoir une différence principale entre la formation de fibres amyloïdes à partir de protéines de prion et d’autres telles que les lysozymes mutantes. Si vous ajoutez du lysozyme mutant au lysozyme normal, les fibres amyloïdes ne contiennent que la protéine mutante. Cependant, si vous incubez des protéines de prion mutantes avec des prions normaux, les protéines normales deviennent pathologiques.

QED – Les agrégats de protéines ne sont pas seulement des artefacts de tubes à essai, mais plutôt des questions de vie ou de mort.


Source de la page: https://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/2H2_Prions_Disease.html
Traduit par Mathilde Guibert

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