Une équipe germano-polonaise a développé une technique innovante pour prédire rapidement la morphologie des enveloppes de sucre sur des protéines cliniquement pertinentes. Les protéines jouent un rôle essentiel dans la survie cellulaire et ont un impact significatif sur le développement et la progression des maladies. Pour comprendre leur fonction dans la santé et la maladie, les scientifiques étudient les configurations atomiques tridimensionnelles des protéines au moyen de techniques expérimentales et informatiques.
Plus de 75 pour cent des protéines présentes à la surface de nos cellules sont recouvertes de glycanes. Ces molécules ressemblant à du sucre forment des boucliers protecteurs très dynamiques autour des protéines. Cependant, la mobilité et la variabilité des sucres rendent difficile la détermination du comportement de ces boucliers ou de la manière dont ils influencent la liaison des molécules médicamenteuses.
Mateusz Sikora, chef de projet et directeur du Centre Dioscuri pour la modélisation des modifications post-traductionnelles, et son équipe de Cracovie et ses partenaires de l’Institut Max Planck de biophysique de Francfort-sur-le-Main, en Allemagne, ont relevé ce défi en utilisant des ordinateurs, en travaillant en collaboration avec scientifiques de l’Inserm à Paris, de l’Academia Sinica de Tapei et de l’Université de Brême. Leur nouvel algorithme puissant GlycoSHIELD permet une modélisation rapide mais réaliste des chaînes de sucre présentes à la surface des protéines. Réduisant les heures de calcul et donc la consommation d’énergie de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux outils de simulation conventionnels, GlycoSHIELD ouvre la voie vers une informatique verte.
Les boucliers protecteurs en glycanes influencent fortement la façon dont les protéines interagissent avec d’autres molécules telles que les médicaments thérapeutiques. Par exemple, la couche de sucre sur la protéine Spike du coronavirus cache le virus du système immunitaire en rendant difficile la reconnaissance du virus par les anticorps naturels ou induits par le vaccin. Les boucliers sucrés jouent donc un rôle important dans le développement de médicaments et de vaccins. La recherche pharmaceutique pourrait bénéficier d’une prévision systématique de leur morphologie et de leur dynamique. Mais jusqu’à présent, la prévision de la structure des couches de sucre à l’aide de simulations informatiques n’était possible qu’avec des connaissances spécialisées sur des superordinateurs spéciaux. Dans de nombreux cas, des milliers, voire des millions d’heures de calcul, ont été nécessaires.
Avec GlycoSHIELD, l’équipe de Sikora propose une alternative open source rapide et respectueuse de l’environnement. « Notre approche réduit les ressources, le temps de calcul et l’expertise technique nécessaire », explique Sikora. « N’importe qui peut désormais calculer la disposition et la dynamique des molécules de sucre sur les protéines sur son ordinateur personnel en quelques minutes, sans avoir besoin de connaissances spécialisées et d’ordinateurs hautes performances. De plus, cette nouvelle façon de faire des calculs est très économe en énergie. Le logiciel peut non seulement être utilisé dans la recherche, mais pourrait également être utile pour le développement de médicaments ou de vaccins, par exemple en immunothérapie contre le cancer.
Pour parvenir à une telle augmentation d’efficacité, ces chercheurs ont créé et analysé une bibliothèque de milliers de poses 3D les plus probables des formes les plus courantes de chaînes de sucre sur les protéines trouvées chez les humains et les micro-organismes. À l’aide de longues simulations et expériences, ils ont découvert que pour une prédiction fiable des boucliers glycanniques, il suffit que les sucres attachés n’entrent pas en collision avec les membranes ou des parties de la protéine.
L’algorithme est basé sur ces résultats. « Les utilisateurs de GlyoSHIELD n’ont qu’à préciser la protéine et les endroits où les sucres sont fixés. Notre logiciel les place ensuite sur la surface des protéines selon la disposition la plus probable », explique Sikora. « Nous pourrions reproduire avec précision les boucliers de sucre de la protéine Spike : ils ressemblent exactement à ce que nous voyons dans les expériences ! Avec GlycoSHIELD, il est désormais possible de compléter les structures protéiques nouvelles et existantes avec des informations sur les sucres ». Les scientifiques ont également utilisé GlycoSHIELD pour révéler la structure des sucres sur le récepteur GABAA, une cible importante pour les sédatifs et les anesthésiques.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
