Les accumulations anormales de protéines sont une caractéristique d'un groupe diversifié de conditions. Le laboratoire Switch associé au VIB et à la KU Leuven a maintenant développé un algorithme pour mieux comprendre et prédire la formation d'amyloïdes.
Selon l'Organisation mondiale de la santé, ces soi-disant "maladies amyloïdes" sont la troisième cause de décès dans le monde, et les scientifiques s'attendent à ce que leur part ne fasse qu'augmenter. De plus, la plupart des maladies amyloïdes sont incurables, car nous comprenons encore insuffisamment le rôle des accumulations de protéines dans le processus pathologique. Le laboratoire Switch associé au VIB et à la KU Leuven a maintenant développé un moyen de mieux comprendre et prédire la formation d'amyloïdes.
Les amyloïdes sont des accumulations de protéines qui se produisent dans de nombreuses maladies « contemporaines » :des maladies qui surviennent de plus en plus parce que nous vivons généralement plus longtemps, dans de meilleures conditions. Les dépôts de protéines amyloïdes sont surtout connus dans le cadre des maladies neurodégénératives courantes, dont Alzheimer et Parkinson, mais aussi d'autres maladies comme le diabète de type 2, l'athérosclérose ou encore certains cancers.
Mais comme c'est souvent le cas, l'histoire n'est pas noire et blanche :les amyloïdes peuvent aussi jouer un rôle utile en même temps. Il suffit de penser à la production biologique de pigments ou à la fécondation des œufs chez l'homme ou à la formation de biofilms chez les bactéries ; les amyloïdes sont également impliqués.
Nous savons que les amyloïdes sont des accumulations de fibres protéiques qui s'agglutinent via des segments « collants ». Ces régions protéiques dites sensibles à l'agrégation sont très susceptibles de s'agglutiner. Mais dans de bonnes conditions, une protéine peut éventuellement commencer à former des amyloïdes; si la protéine est mal repliée, les régions « collantes » sont exposées. Cette complexité rend très difficile la recherche de modèles reconnaissables pour les zones sensibles à l'amyloïde, de sorte que l'on ne sait pas exactement comment et pourquoi les amyloïdes commencent à se former.
Heureusement, de nouveaux développements technologiques, tels que la microscopie cryoélectronique et la diffraction des microcristaux, aident à cartographier les caractéristiques structurelles des fibres amyloïdes. Grâce à ces techniques, nous avons désormais collecté des informations sur plus de 80 fibres amyloïdes différentes, mais plus d'un millier de "séquences de protéines collantes" ont été décrites au cours des 20 dernières années.
Toutes ces connaissances disponibles nous ont inspirés pour tester si ces informations seraient désormais suffisantes pour entraîner un ordinateur à commencer à prédire avec précision les parties collantes d'autres séquences de protéines inconnues. Utilisation de l'apprentissage automatique nous avons développé Cordax, du nom d'une ancienne danse grecque. Cordax est un algorithme qui réussit à détecter avec une grande précision les zones sensibles à l'agrégation et à prédire ensuite à quoi ressemblera la structure des fibres amyloïdes.
Nous avons utilisé Cordax pour identifier les régions sujettes à l'agrégation dans plus de 30 principales protéines formant de l'amyloïde. Grâce à ce processus, nous avons identifié plus de 80 nouvelles régions sujettes à l'agrégation qui peuvent jouer un rôle clé dans l'accumulation de protéines. Un examen plus approfondi a révélé que ces régions protéiques collantes ne sont pas seulement exposées lorsqu'une protéine est mal repliée, mais reposent souvent simplement sur la surface externe de la protéine, ce qui augmente considérablement les risques d'agglutination.
Nous avons cartographié tous les segments de protéines sensibles à l'agrégation connus à ce jour. Cette analyse complète a révélé une gamme de modèles communs de séquences amyloïdes, y compris des modèles connus d'amyloïdes "utiles" dans les nanomatériaux.
Notre nouvelle approche est décrite dans le dernier numéro de Nature Communications et peuvent également être consultés en ligne sur https://cordax.switchlab.org.
Ne serait-il pas formidable si nous pouvions trouver un moyen d'empêcher ces régions protéiques collantes de s'agglutiner ? Alors peut-être que toutes ces maladies amyloïdes peuvent être évitées ! Le laboratoire Switch à Louvain s'engage pleinement à utiliser ces connaissances pour trouver de nouvelles voies de traitement, mais aussi pour développer de nouveaux matériaux bionano.
