Qu’est ce que le repliement d’une protéine ?

Repliement du puzzle 48
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Qu’est-ce qu’une protéine ?

Les protéines sont les chevilles ouvrières dans les cellules de tous les êtres vivants. Votre corps est constitué de plusieurs billions de cellules de types variés : les cellules musculaires, les neurones, les cellules sanguines et bien d'autres. A l'intérieur de ces cellules, les protéines permettent à votre corps de faire ce qu'il a à faire : digérer les aliments pour fournir de l'énergie aux muscles, transmettre des signaux à travers votre cerveau pour contrôler le reste du corps, et transporter les nutriments à travers le système sanguin. Il existe des milliers de protéines différentes même si elles ont beaucoup de points communs. Par exemple, elles sont toutes constituées de la même façon : les protéines sont des longues chaînes d'acides aminés accrochés les uns aux autres.

Que sont les acides aminés ?

Les acides aminés sont de petites molécules constitués d'atomes de carbone, d'oxygène, d'azote, d'hydrogène et de soufre. Pour former une protéine, les acides aminés s'associent les uns aux autres pour former une chaîne non ramifiée (la « chaîne principale »), à la manière d'une rangée de personnes se tenant par la main. De la même façon que les pieds de ces personnes sont « accrochés » à la chaîne, chaque acide aminé a un petit nombre d’atomes (formant une « chaîne latérale ») accrochés à la chaîne principale. Il existe 20 types différents d’acides aminés qui diffèrent entre eux par la nature des atomes constituant leurs chaînes latérales. Ces 20 acides aminés sont répartis en plusieurs groupes d’après leurs propriétés chimiques : acides ou basiques, hydrophiles (attirés par l’eau) ou hydrophobes (qui sont repoussés par l’eau et attirés par les molécules « grasses »)

 Puzzle 48 déplié et donc instable
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Sous quelle forme va se replier une protéine?

Bien que les protéines ne soient qu’une longue chaîne d’acides aminés, elles ne restent pas étirées pour former une ligne droite. Les protéines se replient pour former une masse compacte. Certains acides aminés se retrouvent au cœur de cette masse tandis que d’autres se retrouvent à l’extérieur. Par ailleurs, certaines paires d’acides aminés vont s’associer tandis que d’autres paires vont avoir tendance à se repousser. Chaque type de protéine adopte une forme (une « structure ») très précise et toujours la même. La plupart des protéines sont capables de se replier toutes seules tandis que d’autres auront besoin d’aide pour acquérir leur structure correcte. Cette structure est la forme la plus stable qu’elle puisse adopter. Imaginez une bille dans un bol : celle-ci va toujours rouler jusqu’à atteindre le fond du bol parce qu’il s’agit de son état le plus stable.

Pourquoi cette structure est-elle importante?

Cette structure confère à la protéine sa fonction. Par exemple, une protéine capable de briser les molécules de glucose pour permettre aux cellules de produire de l’énergie aura une forme particulière lui permettant de reconnaître le glucose et de s’y lier (comme une serrure se lie à une clef). Elle aura par ailleurs des acides aminés réactifs qui réagiront avec le glucose et le casseront pour libérer l’énergie.

Que font les protéines?

Les protéines sont impliqués dans quasiment tous les processus en cours à l’intérieur de votre corps :
Elles produisent de l’énergie à partir des nutriments dans les muscles, elles envoient des messages à travers votre cerveau et transportent les nutriments dans le sang. Beaucoup de ces protéines sont des enzymes, c’est-à-dire qu’elles accélèrent (elles « catalysent ») des réactions chimiques qui ne pourraient pas se produire autrement. D’autres protéines vont induire les contractions musculaires, fonctionner comme messages chimiques à travers le corps ou remplir des milliers d’autres fonctions. Voici un petit échantillon de ce que peuvent faire les protéines:

• L’amylase participe à la digestion de l’amidon présent dans la nourriture. L'amylase transforme l'amidon en molécules plus petites que l’organisme peut utiliser
• L’Alcool déshydrogenase transforme l’alcool présent dans la bière, le vin ou la liqueur en des formes non toxiques que l’organisme peut utiliser comme source de nourritures.
• L’hémoglobine transporte l’oxygène dans le sang.
• La fibrine forme les croûtes qui protègent les blessures pendant leur guérison.
• Le collagène donne leur structure et leur rigidité à la peau, aux tendons et même aux os.
• L’actine est une des protéine majeures de nos muscles.
• L’hormone de croissance permet de réguler la croissance des enfants.
• Les canaux à potassium participent à la transmission des signaux à travers les neurones notamment dans le cerveau.
• L’insuline régule la quantité de sucre présente dans le sang et permet de traiter le diabète.

Les protéines sont présentes chez tous les organismes vivants y compris les plantes, les bactéries et même les virus. Certains organismes ont des protéines leur conférant des aptitudes particulières:

• Le photosystème I est un ensemble de protéines présentes chez les plantes permettant d’utiliser la lumière solaire pour la photosynthèse.
• La luciférase catalyse une réaction chimique permettant aux lucioles de briller.
• L’hémagglutinine permet au virus de la grippe d’envahir nos cellules.

Pourquoi ces problèmes sont-ils importants?

À quelles problèmes majeurs s’attaque ce jeu?

• Prédiction de structures de protéines: Comme expliqué plus haut, la connaissance de la structure des protéines est essentielle pour leur fonctionnement et pour permettre leur ciblage par des médicaments. Une petite protéine est constituée d’une centaine d’acides aminés tandis que certaines protéines peuvent être très grandes (plusieurs milliers d’acides aminés). Une protéine même petite peut se replier un nombre astronomique de façons différentes en raison du très grand nombre de degrés de liberté. Prédire quelles sont les structures correctes parmi toutes ces structures est considéré à l’heure actuelle comme un des plus grands problèmes de la biologie moderne et les méthodes actuelles sont extrêmement coûteuses en temps et en argent malgré l’outil informatique. Foldit essaie de prédire la structure de protéines en faisant appel à l’intuition humaine des joueurs qui s’amusent à obtenir les meilleurs structures de protéines possibles.
  
• (Prochainement!) Conception de protéines: Les protéines sont impliquées dans de très nombreuses maladies mais elles peuvent aussi être une partie du traitement. Cet été, de nouvelles fonctionnalités seront ajoutées au jeu pour permettre aux utilisateurs de concevoir des protéines totalement nouvelles qui pourraient permettre de prévenir ou de guérir des maladies importantes.

Une protéine humaine
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Comment puis-je aider à guérir des maladies en jouant?

Les protéines remplissent de nombreuses tâches pour maintenir le corps en bonne santé et elles peuvent intervenir de diverses façons lors des maladies. Plus nous en savons sur le repliement des protéines, plus nous pourrons concevoir efficacement des protéines thérapeutiques pour guérir les maladies.
Voici trois maladies dans lesquelles des protéines interviennent de diverses façons :

• HIV / AIDS: Le virus du sida (HIV) est constitué essentiellement de protéines et une fois à l’intérieur d’une cellule, il crée de nouvelles protéines pour se reproduire. La protéase du VIH-1 et la transcriptase inverse sont deux des protéines du VIH qui lui permettent d’infecter le corps et de se reproduire. La protéase découpe une “polyprotéine” produite par le virus en constituants fonctionnels dont il a besoin. La transcriptase inverse convertit les gènes constitués d’ARN du VIH en ADN que son hôte est capable de comprendre. Ces deux protéines sont essentielles pour la réplication du virus et toutes les deux sont ciblées par des médicaments anti-VIH. C’est un exemple de maladies dans lesquelles des protéines normalement non présentes dans l’organisme permettent l’attaque de nos cellules.
  
• Cancer: Le problème du cancer est très différent de celui du VIH étant donné que ce sont ici nos propres protéines qui sont à blâmer et non des protéines d’un envahisseur extérieur. Le cancer est dû à la multiplication incontrôlée de cellules d’une partie du corps comme les poumons, les seins ou la peau. Des protéines sont normalement capables de limiter la croissance cellulaire mais ces protéines peuvent être endommagées par différents agents extérieurs tels que les ultraviolets ou encore les produits chimique présents dans la fumée de cigarette. D’autres protéines comme le répresseur de tumeur p53 sont normalement capables de détecter ces dommages et d’empêcher à ces cellules de devenir cancéreuses ( à moins qu’elles aussi ne soient endommagées). On s’aperçoit ainsi que le gène codant pour p53 est endommagé dans la moitié des cancers humains (de même que plusieurs aux gènes).
  
• La maladie d’Alzheimer: La maladie d’Alzheimer est directement liée à un disfonctionnement d’une protéine, le précurseur du peptide bêta-amyloïde, qui est normalement présent chez les cellules nerveuses fonctionnant normalement. Pour remplir sa fonction, ce précurseur est coupé en deux morceaux, libérant ainsi un déchet, le peptide bêta-amyloïde. Ces peptides (des petits morceaux de protéine) peuvent s’associer entre eux et former des amas dans les cellules nerveuses. Bien que la maladie d’Alzheimer soit encore très mal comprise, il semble que ces amas de peptides bêta-amyloïdes aient un rôle clef dans la maladie.

Voici l'exemple même d'un puzzle dont la solution paraît évidente pour un humain, il suffit de replacer le feuillet qui s'est déplacé !
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A quoi d’autres puis je aider en jouant ?

Les protéines sont présentes chez tous les êtres vivants y compris les plantes. Certains types de plantes peuvent croître et être convertie en biocombustible mais le processus n’est pas aussi rapide et efficace qu’il pourrait être. Une étape cruciale dans ce processus consiste à digérer la plante, ce que l’on fait actuellement à l’aide d’enzymes bactériennes appelées « cellulases ». De nouvelles protéines pourraient peut-être permettre d’améliorer cette digestion.

Les humains peuvent-ils réellement aider les ordinateurs à replier les protéines?

Nous rassemblons des données pour savoir si les capacités des humains à reconnaître des motifs et à résoudre des énigmes les rendent plus efficaces que les ordinateurs actuels pour plier les protéines. Si c’était le cas, nous pourrions utiliser ces stratégies « humaines » pour que les ordinateurs apprennent à replier les protéines bien plus vite qu’auparavant !

Articles d'actualité sur Foldit

• Nature Blog Un jeu de repliement des protéines qui rend accro
• The Economist Retour to the fold ("Retour au bercail" ou "retour au pliage")
• Medical News Today Un jeu vidéo pourrait améliorer la santé publique mondiale
• The Daily India Un jeu vidéo pourrait aider à découvrir un vaccin contre le VIH.
• Science Daily Les meilleurs joueurs d'un jeu vidéo pourraient gagner le prix Nobel de Médicine
• Seattle Times Blog Un jeu vidéo gratuit de l'Université de Washington : secouer et agiter pour la science
• Kotaku Foldit rend amusant le repliement des protéines
• Penny Arcade Foldit- Résoudre un puzzle et traiter le VIH
• Slashdot Folding@Home 2.0 - Un jeu de repliement des protéines en ligne
• Science A Go Go plier les protéines pour le fun et pour en tirer avantage
• GenEng News  Les meilleurs joueurs d'un jeu vidéo pourraient gagner le prix Nobel de Médicine
• The Daily India Les joueurs d'un jeu pourraient aider à traiter le VIH
• Huliq.com Les meilleurs joueurs d'un jeu vidéo pourraient gagner le prix Nobel de Médicine
• Top News Un jeu vidéo pourrait aider à traiter le VIH
• newindpress Un jeu vidéo pourrait aider à traiter le VIH
• HealthNewsDigest.com Les chercheurs lancent un jeu de repliement des protéines en ligne
• Thaindian News Un jeu vidéo pourrait aider à traiter le VIH
• DentalPlans.com Les cherheurs lancent un jeu de repliement des protéines en ligne
• Cancer Focus Les chercheurs lancent un world of warcraft pour replier les protéines

Articles d'actualité sur Rosetta

• Nature News The shape of protein structures to come
• HHMI News Créer des enzymes de toute pièce
• Technology Review Des enzymes crées de toute pièce 
• EurekAlert Une nouvelle méthode pour créer des protéines avec son ordinateur
• The Scientist Juillet 2006 Vol. 20 No. 7 article en couverture
  La modélisation des protéines (pdf)
• Chemical & Engineering News La structure d'une protéine construite en partant de 0 (pdf)
• The Daily Telegraph Pour les crack: l'origami des protéines
• Genomics and Proteomics Techniques informatiques pour comprendre comment les protéines se replient
• Science Daily Le logiciel 'Rosetta' pour percer les secrets des protéines humaines
• HUM-MOLGEN: Genetic News Des chercheurs ont modélisé et construit les premières protéines artificielles
• Chemical & Engineering News Des nouvelles protéines repliées à la demande
• Wired Machine génétique

L'écran de veille du logiciel Rosetta@Home

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