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A7. Base moléculaire des interactions de haute affinité - Biologie

A7. Base moléculaire des interactions de haute affinité - Biologie



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Qu'est-ce qui différencie la liaison à haute et basse affinité au niveau moléculaire ? Les interactions de haute affinité ont-elles beaucoup de liaisons H intramoléculaires, de ponts salins, d'interactions de van der Waals, ou les interactions hydrophobes sont-elles les plus importantes ? Récemment, les structures cristallines d'une variété de complexes anticorps-protéine ont été déterminées afin d'étudier la base de la maturation par affinité des molécules d'anticorps. Il est bien connu que les anticorps induits lors de l'exposition à une molécule étrangère (antigène) ont initialement une affinité plus faible que les anticorps libérés plus tard dans la réponse immunitaire. Un nombre incroyable d'anticorps différents peut être fabriqué par des cellules B productrices d'anticorps en raison de mécanismes génétiques (combinaison de différentes régions variables de gènes d'anticorps par épissage, épissage imprécis et hypermutation de nucléotides critiques dans les gènes des régions de liaison à l'antigène des anticorps). Des clones de cellules productrices d'anticorps avec une affinité plus élevée sont sélectionnés par liaison et expansion clonale de ces cellules. Les chercheurs ont étudié la structure cristalline de 4 anticorps différents qui se sont liés au même site (épitope) sur le lysozyme de l'antigène protéique. L'affinité accrue était corrélée à l'augmentation de la surface apolaire enfouie et non à l'augmentation du nombre de liaisons H ou de ponts salins.

Tableau : Caractéristiques de l'anticorps : complexes de lysozyme d'œuf de poule (HEL)
AnticorpsH26-HELH63-HELH10-HELH8-HEL
Kd (nM)7.143.600.3130.200
Interactions intermoléculaires
Obligations H24252023
Contacts VDW159144134153
ponts salés1111

Superficie enfouie

ASURF (A2)1,8121,8251,8241,872
ASURF-polaire (A2)1,1491,1011,0751,052
ASURF-apolaire (A2)663724749820

Li, Y. et al. Nature : Biologie structurale. 6, page 484 (2003)

Les interactions électrostatiques entre molécules biologiques restent des interactions très importantes, même si on peut les considérer comme non spécifiques. Observez l'interaction des protéines de liaison à l'ADN avec des domaines positifs avec le polyanion négatif, l'ADN. La rencontre initiale sera d'origine électrostatique et évidemment importante pour cibler les protéines sur l'ADN où des interactions spécifiques supplémentaires peuvent avoir lieu.

Dans un exemple similaire (Yeung, T et al.), il a été récemment rapporté que les protéines modérément chargées positivement sont dirigées vers les endosomes et les lysosomes par le biais d'interactions avec la phosphatidylsérine membranaire chargée négativement (PS), tandis que les protéines plus chargées positivement sont ciblées vers la surface interne. de la membrane plasmique, qui est enrichie en PS et en dérivés phosphorylés de phosphatidylinositol (PIP2, PIP3), comme indiqué ci-dessous.

Figure : phospholipides chargés négativement dans les membranes biologiques

Pour étudier cela, ils ont utilisé le domaine C2 de la lactadhérine (Lact-C2) du lait qui se lie au PS en présence de calcium. Le domaine C2 était lié de manière covalente à la protéine fluorescente verte, une protéine qui contient un fluorophore interne composé de trois acides aminés (Ser65-Tyr66-Gly67) qui se cyclisent spontanément lors du repliement pour produire un fluorophore qui émet de la lumière verte. Un gène de fusion de Lact-C2 et GFP a été introduit dans une levure de type sauvage (WT) et mutante dépourvue de PS. Il était lié au feuillet interne des cellules WT et aux vésicules d'endosomes et de lysosomes, mais se trouvait diffusé à travers le cytoplasme dans les cellules mutantes. Ils ont également fabriqué des sondes cationiques avec des queues de farnésyle attachées qui pourraient ancrer les sondes solubles aux membranes. Les sondes les plus chargées positivement ont été recrutées dans le feuillet interne de la membrane plasmique, tandis que les moins chargées ont été recrutées dans les vésicules internes. Les auteurs supposent que le PS sur les couches de membrane cytoplasmique peut cibler des protéines de transduction de signal vers ces régions.

Anticorps à affinité infinie. Chmoura et al. PNAS. 98, page 8480 (1998)

Amarrage

Les méthodes quantitatives décrites ci-dessus n'élucident pas le mécanisme de liaison. Des programmes informatiques ont été développés qui permettent l'arrimage d'un ligand (petite molécule ou même une autre protéine) à une autre protéine. L'amarrage automatique des ligands flexibles aux protéines peut être modélisé à l'aide d'Autodock. AutoDock contient les programmes suivants :

  1. AutoDock effectue l'amarrage du ligand à un ensemble de grilles décrivant la protéine cible ;
  2. AutoGrid pré-calcule ces grilles ;
  3. AutoTors définit quelles liaisons seront traitées comme rotatives dans le ligand.

Web d'amarrage moléculaire

Des simulations de dynamique moléculaire peuvent également être utilisées pour étudier les processus réels de liaison et de déliaison.

La cellule bondée

La plupart des études de liaison sont réalisées in vitro avec des concentrations de dilution à la fois de la macromolécule et du ligand. Ces conditions sont-elles illustratives des conditions à l'intérieur d'une cellule ? La réponse est non! Les cellules sont très encombrées d'organites, de complexes macromoléculaires et de composants cytosquelettiques qui fournissent une architecture interne à la cellule, etc. La concentration totale de macromolécules dans la cellule a été estimée à 400 g/1L = 400 g/1000 mL = 0,4 g /mL = 400 mg/mL. Essayez de dissoudre une protéine soluble dans l'eau comme l'albumine à ces concentrations ! De 5 à 40 % de l'ensemble du volume cellulaire est occupé par de grosses molécules, et dans la fourchette supérieure, très peu d'espace existe pour d'autres grosses macromolécules.


Voir la vidéo: SOMO 44 molekyylien muodostus (Août 2022).