PROTEINES

III.2.1. Contexte

Les protéines sont des molécules aux multiples propriétés remplissant un nombre considérable de fonctions comme la catalyse des réactions chimiques du métabolisme biologique (enzymes), le stockage de molécules (protéines de liaison), le transport actif ou passif d’un grand nombre de composés à travers les membranes (transporteurs, canaux), les communications cellulaires (hormones peptidiques, récepteurs), l’architecture et le mouvement (protéines du cytosquelette) et la reconnaissance du non-soi (anticorps)…

Alors que la puce à ADN sert principalement à quantifier le niveau d’expression des ARN à travers les interactions ADN/ARN mais aussi, plus minoritairement, à séquencer un brin d’ADN ou à détecter une modification de ce brin sans présumer de la fonction de ce brin ni de l’influence de la modification éventuelle, la puce à protéines peut permettre de quantifier la fonctionnalité des protéines. Un brin d’ADN, après transcription en ARN, sert à coder une protéine. Une puce à protéines, va alors permettre un criblage de toutes les cibles possibles d’une protéine donnée puis, dans le cas d’une protéine connue comme la p53, d’évaluer l’influence d’une mutation donnée du gène codant cette protéine sur sa fonctionnalité (modification de l’affinité entre p53 et ses différents ADN double-brins cibles) et donc sur de nombreuses maladies (la p53 est mutée dans plus de la moitié des cancers

humains). En conséquence, ces puces constituent un outil de choix pour la protéomique, qui est l’étude de l’ensemble des protéines fabriquées par les gènes et qui est le domaine qui a émergé suite au décodage du génome humain.

III.2.1.1. De l’ADN à la protéine : l’expression génétique

Afin de mieux comprendre les différents processus qui permettent, à partir d’une séquence d’ADN, d’obtenir une protéine fonctionnelle, nous allons essayer de donner un bref aperçu de ces différentes étapes résumées dans la Figure 96. L’information génétique (comme la structure d’une protéine par exemple) contenue dans une séquence ordonnée de nucléotides est regroupée sous forme de gènes. La présence d’un gène sur un brin d’ADN est toujours annoncée par la présence d’une séquence spéciale appelée promoteur, qui peut faire partie ou non de ce gène (la structure n’est pas générale). Ce promoteur est le site de fixation de l’ARN polymérase qui va initialiser l’expression du gène.

Figure 96 : Du gène eucaryote à la protéine. Un gène eucaryote, composé d’exons (séquences codantes) et d’introns (séquences non codantes) est toujours précédé d’un promoteur. Ce promoteur permet à l’ARN polymérase de se fixer sur le gène et d’initier la

transcription. Le résultat de la transcription est un brin d’ARN pré-messager qui, après excision des introns (épissage), est transformé en ARN messager. Ce brin d’ADN est ensuite

traduit en une chaîne polypeptidique qui, après maturation (formation d’une structure secondaire, tertiaire,…), devient une protéine active.

Un gène eucaryote (provenant d’un organisme dont la ou les cellules ont un noyau) tel que celui qui est représenté dans la Figure 96 est composé de différentes parties, codantes (exons) ou non codantes (introns). La régulation de l’expression d’un gène se fait par l’intermédiaire de nombreux facteurs (protéines) qui, en se fixant sur ou près du promoteur, affectent (répression ou activation) l’initialisation de la transcription [136].

Lorsque l’initialisation de la transcription est activée, l’ARN polymérase, fixée sur le promoteur du gène, commence à parcourir le gène et à la transcrire en ARN pré-messager. Cet ARN pré-messager subit alors une étape d’épissage qui consiste à exciser les introns et réunir les exons pour le transformer en ARN messager mature. L’ARN messager se lit ensuite par groupe de trois bases appelés codons, chaque codon permettant, lors du processus de traduction, le positionnement d'un acide aminé (parmi 20 acides différents) donné dans une chaîne polypeptidique en voie de synthèse. Ce processus de traduction se produit, chez les eucaryotes, dans le cytoplasme de la cellule (en dehors du noyau) et commence par un codon d’initiation, le plus souvent AUG qui code une méthionine (Figure 96). Une fois l’ARNm dans le cytoplasme, il se fixe à un ribosome au niveau de ce codon qui va alors commencer, par l’intermédiaire d’un ARN de transfert, la traduction des codons en chaîne polypeptidique jusqu’à l’apparition d’un codon non-sens (codon ne correspondant à aucun acide aminé). Pour finir cette chaîne linéaire d’acides aminés se stabilise sous la forme d’une structure en trois dimensions (structure secondaire, tertiaire et quaternaire), caractéristique de sa fonctionnalité, c’est la maturation.

Une protéine est donc formée par une longue chaîne d'acides aminés (de cent à plusieurs centaines de milliers) associés les uns aux autres par des liaisons peptidiques. Ces liaisons chimiques s'établissent entre le groupement amine d'un aminoacide (NH2) et le

groupement carboxyle (COOH) d'un autre (Figure 96). Cela explique que les protéines soient orientées selon leur deux extrémités : le N-terminal et le C-terminal. Les protéines, généralement solubles dans l'eau, adoptent une conformation finale qui conditionne la fonction qu'elles rempliront.

Le processus, ici volontairement simplifié, d’expression génétique nous permet déjà de comprendre qu’une mutation de la séquence d’ADN influera différemment suivant sa position.

III.2.1.2. Le système immunitaire

Le système immunitaire joue un rôle essentiel dans la protection d’un organisme contre les agents pathogènes extérieurs. Ce système repose sur la différenciation du soi et du non-soi à travers la reconnaissance des antigènes (corps étranger, caractéristique du non-soi, de nature et de caractéristiques extrêmement diverses : protéines, acides nucléiques, lipides, molécules synthétiques, …) par des anticorps. La découverte de ce système immunitaire représente une étape majeure de l’histoire contemporaine des sciences de la vie. Les répercussions de cette découverte ont par ailleurs largement dépassé le cadre de la recherche, pour faire naître une industrie chimique, pharmaceutique et biotechnologique très diversifiée. Nous allons nous limiter dans cette sous-partie, introductive aux expériences réalisées durant la thèse, à l’étude des interactions antigène-anticorps, en particulier pour les anticorps de type IgG. En effet, certains antigènes peuvent provoquer une réponse immunitaire, qui dépend des potentialités immunologiques de l’hôte, sous la forme d’une synthèse d’anticorps. L’efficacité de la réponse immunitaire est alors caractérisée par ces interactions antigène-anticorps.