Enzymes pouvant être contrôlées par la lumière bleue

Remplissez le formulaire ci-dessous et nous vous enverrons par e-mail une version PDF de « Enzymes pouvant être contrôlées avec la lumière bleue ».

Remplissez le formulaire ci-dessous pour débloquer l’accès à TOUS les articles audio.

La lumière affecte les organismes vivants de différentes manières : par exemple, les plantes orientent leur croissance vers le soleil, tandis que les rythmes circadiens chez l'homme sont contrôlés par la lumière du jour. Ces processus impliquent toujours des photorécepteurs, qui sont des protéines capables de détecter différentes couleurs et intensités de lumière.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université technologique de Graz (TU Graz) ont décrypté la fonction d’un photorécepteur hautement efficace. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Science Advances. L’équipe de recherche a étudié une protéine diguanylate cyclase présente dans de nombreuses bactéries. Sa fonction enzymatique régule la production d’une substance messagère centrale qui contrôle le mode de vie des bactéries. Dans l’obscurité, la protéine est presque totalement inactive, mais dès qu’elle est exposée aux composants bleus de la lumière du jour, son activité enzymatique augmente rapidement. "L'activité enzymatique de la protéine est environ 10 000 fois plus élevée lorsqu'elle est exposée à la lumière que dans l'obscurité", a déclaré Andreas Winkler, chef du groupe de travail sur la photobiochimie à l'Institut de biochimie de la TU Graz. Dans la plupart des photorécepteurs, l'activité augmente d'un facteur "En revanche, la protéine que nous avons caractérisée réagit très fortement, elle fonctionne donc comme un interrupteur marche-arrêt", a expliqué Winkler. être utilisé à l’avenir pour améliorer et optimiser les outils optogénétiques.

Abonnez-vous à la newsletter quotidienne de Technology Networks et recevez chaque jour les dernières nouvelles scientifiques directement dans votre boîte de réception.

Les chercheurs ont désormais découvert l’architecture et la fonction du commutateur protéique. La protéine se compose de deux parties fonctionnelles : l’une est responsable de la perception de la lumière bleue et l’autre de l’activité enzymatique proprement dite, servant de catalyseur à une réaction chimique. Si elle est exposée à la lumière bleue, la protéine change de structure. Lorsqu'elle est inactive, la protéine entière se présente sous une forme compacte, mais lorsqu'elle entre en contact avec la lumière, la protéine s'étire, reliant les parties enzymatiques précédemment séparées. La protéine produit alors des molécules messagères spécifiques qui signalent à la bactérie que les conditions environnementales changent. Si possible, la bactérie s’adapte à ces nouvelles conditions. "Un exemple en est la formation d'agrégats, appelés biofilms, qui rendent les bactéries plus résistantes aux influences environnementales", explique Andreas Winkler.

"Je suis vraiment ravie que notre recherche ait généré des informations précieuses sur le mécanisme de cette protéine fascinante", a commenté Uršula Vide, première auteure de l'étude et doctorante à l'Institut de biochimie de la TU Graz. "Comprendre le mécanisme derrière cette lumière Le commutateur enzymatique activé ouvre la porte à des applications possibles dans une gamme de disciplines différentes. L’une d’entre elles concerne les méthodes de traitement optogénétiques utilisées en médecine : des médicaments liés à un interrupteur protéique régulé par la lumière pourraient agir à un moment précis et seulement dans une zone très limitée du corps, ce qui réduirait les effets secondaires potentiels. Le changement de protéine apporterait également des avantages à la recherche en biologie cellulaire, car cela permettrait de déclencher de manière ciblée des changements spécifiques au niveau moléculaire qui pourraient ensuite être analysés plus efficacement. "Mais nous sommes encore loin de telles applications pratiques de ce changement particulier. ", a souligné Winkler. Cependant, il estime que les recherches de son équipe ont produit des informations fondamentales importantes.

Pour leurs expériences, les chercheurs n’ont pas isolé la protéine de la bactérie d’origine, mais l’ont plutôt produite en laboratoire à l’aide du génie génétique. Ils ont utilisé la diffraction des rayons X pour analyser la structure moléculaire, ce qui a servi de base à un modèle tridimensionnel. Combiné à des expériences supplémentaires, ce modèle a permis aux chercheurs de tirer des conclusions sur les changements dans la structure de la protéine lors de l'exposition à la lumière bleue, ce qui s'est traduit par des conclusions spécifiques sur la fonction moléculaire du commutateur biologique.