2017-02-21 
Suivre l’empreinte de la cystéine pour traquer les protéines défaillantes

Garantes du fonctionnement de l’organisme, les protéines sont activées grâce à des modifications réversibles au niveau des acides aminés qui les composent. Des chercheurs du Laboratoire de chimie physique (CNRS/Université Paris-Sud) s’appuient sur une approche originale pour identifier et caractériser les modifications qui se produisent au niveau de la cystéine. Et notamment celles qui sont anormales. Des travaux prometteurs qui, à terme, permettraient de mieux comprendre leur implication dans les pathologies. Une étude publiée dans la revue Chemistry, en tant que « hot paper ».

 

Notre organisme fonctionne grâce à l’activité de milliers de protéines qui, selon les configurations qu’elles prennent, sont tantôt actives, tantôt inactives. Cette capacité de changer de formes des protéines est due à des modifications réversibles qui se produisent au niveau des acides aminés qui les composent. Mais parfois, certaines deviennent irréversibles. Une situation anormale qui peut alors altérer le fonctionnement de la protéine et générer des maladies.

Des chercheurs du Laboratoire de chimie physique d’Orsay, en collaboration avec des équipes de l’Université de Rome(1), se sont intéressés à une modification particulière, l’oxydation de la cystéine, qui joue un rôle crucial dans de nombreuses fonctions de l’organisme comme la respiration. Cette modification peut produire 3 formes de cystéine : une forme réversible, la cystéine sulfénique (cystéine-SO-), et deux formes irréversibles, les cystéines sulfinique (cystéine-SO2-) et sulfonique (cystéine-SO3-). Première étape franchie par les chercheurs : isoler, par synthèse en phase gazeuse, la cystéine sulfénique, une forme pourtant très instable de la cystéine.

Pour pouvoir ensuite identifier chacune de ces formes, les chercheurs ont utilisé une méthode originale : la spectroscopie IRMPD (Infrared multiphoton dissociation ou photodissociation induite par absorption de multiples photons infrarouge). Issue du couplage de la spectrométrie de masse(2) et de la spectroscopie infrarouge, cette technique repose sur l’analyse de la vibration produite par les liaisons entre atomes. En combinant les informations sur la nature des atomes qui composent la molécule et sur le type de liaisons qui relient ces atomes entre eux, la structure tridimensionnelle de la cystéine peut être reconstituée. Par des simulations numériques capables de prendre en compte la dynamique moléculaire, soit la particularité des atomes d’une liaison de changer de place le long de cette liaison, les chercheurs ont ensuite pu associer un profil de vibration spécifique à chacune des 3 formes oxydées de la cystéine. Ainsi, chacune d’elle devient reconnaissable par une empreinte spécifique. Des travaux, certes fondamentaux, mais très prometteurs ; ils pourraient en effet permettre à terme d’identifier et de localiser les formes de cystéine – réversible ou non – présentes dans les peptides (fragments de protéine) ou dans les protéines, des plus petites aux plus complexes. Mais aussi de mieux comprendre le rôle de ces modifications lorsqu’elles sont impliquées dans des maladies.

 

(1) Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco, Dipartimento di Chimica - Università degli Studi di Roma “La Sapienza”.

(2) Technique d'analyse qui permet de détecter et d'identifier des molécules par mesure de leur masse et de caractériser leur structure chimique.

 

scuderi

Structures des 3 formes oxydées de la cystéine obtenues à partir des calculs de dynamique moléculaire et leurs profils spectraux. Selon l’état d’oxydation de la cystéine, l’atome d’hydrogène – en violet – est localisé différemment. Par spectrométrie infrarouge, chaque forme oxydée de la cystéine donne une signature spectrale différente.
© D. Scuderi / Laboratoire de chimie physique d’Orsay, Faculté des Sciences Université Paris Sud, UMR8000 CNRS, Orsay

 

Référence

Debora Scuderi, Enrico Bodo, Barbara Chiavarino, Simonetta Fornarini & Maria Elisa Crestoni

Amino Acid Oxidation: A Combined Study of Cysteine Oxo Forms by IRMPD Spectroscopy and Simulations

Chem. Eur. J. 3 novembre 2016
DOI: 10.1002/chem.201603298

 

Contact chercheur

Debora Scuderi, Laboratoire de chimie physique – Orsay

Courriel : debora.scuderi@u-psud.fr

T 01 69 15 75 74

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Stéphanie Younes

 

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