Structure cristalline de la protéine de la mucoviscidose: le Saint Graal de la génétique moléculaire
La mucoviscidose survient lorsque la protéine CFTR (régulateur de conductance transmembranaire) défectueuse provoque une accumulation de mucus dans les systèmes respiratoire et digestif du patient. Les symptômes comprennent des infections pulmonaires et une occlusion intestinale dues à ce blocage de mucus. Les médicaments actuels sont chers; Kalydeco de Vertex Pharmaceuticals coûte au patient 300 000 USD par an. Avec la diminution de la qualité de vie et la mort prématurée des patients atteints de mucoviscidose, le besoin de nouveaux traitements se fait sentir avec urgence. Les thérapies alternatives bénéficieraient d’une information structurelle CFTR haute résolution «L’objectif ultime du projet CF_struct consistait à élaborer des traitements qui améliorent l’efficacité des médicaments et la qualité de vie, tout en réduisant les difficultés financières», explique la Dre Susan Fetics, chercheuse titulaire d’une bourse Marie Curie. Un médicament fonctionne mieux lorsqu’il est efficacement lié à sa protéine cible. Le médicament doit adhérer à la protéine CFTR défectueuse pour restaurer sa structure et sa fonction. Un défaut d’ouverture joue un rôle crucial. Le pore de la CFTR agit comme une porte qui doit s’ouvrir pour permettre le passage des ions chlorure chargés. Lorsque la CFTR est altérée par des mutations génétiques, des canaux chlorés dysfonctionnels provoquent la formation de mucus dans le corps et les symptômes chroniques de la mucoviscidose. La CFTR: un défi pour la formation de cristaux «Au début du programme CF_struct, il n’existait pas de structures haute résolution pour la CFTR et nous nous sommes concentrés sur la méthode de cristallographie par rayons X», explique le professeur Martin Caffrey, coordinateur du projet. Malgré des efforts exhaustifs pour produire des protéines et essayer des dizaines de milliers de conditions de cristallisation différentes, la CFTR est restée résistante à la formation de cristaux. «Malheureusement, nous n’avons pas été en mesure de générer des cristaux de CFTR de qualité structurelle isolément ou en présence de Kalydeco alors que nous étions financés par la bourse Marie Curie», se souvient le professeur Caffrey. D’autres résultats structurels de la CFTR sont apparus au cours du projet CF_struct. Premièrement, une structure en microscopie électronique cryogénique (CryoEM) de la CFTR du poisson-zèbre a permis de mieux comprendre son mode d’activation. Ces détails ont été suivis de deux structures CryoEM. «Ensemble, ces trois modèles ont permis de mieux comprendre le mécanisme du cycle d’ouverture du canal de CFTR», souligne la Dre Fetics. «Nous avons continué à rechercher des structures cristallines qui compléteraient et étendraient le travail de CryoEM», ajoute-t-elle. Des ambitions claires comme du «cristal» Dr Fetics poursuit l’historique: «Nous avons réussi à produire de la CFTR de poulet selon un protocole développé dans le laboratoire du professeur Riordan à l’Université de Caroline du Nord, aux États-Unis». Avec la purification de la CFTR humaine fournie par le professeur Kappes de l’Université d’Alabama, cela a permis à l’équipe de réaliser des essais de cristallisation extrêmement larges. La protéine CFTR purifiée est instable et difficile à concentrer. «Nous avons donc utilisé la méthode cubicon pour augmenter progressivement la concentration des protéines nécessaires aux essais de cristallisation», explique le professeur Caffrey. Simultanément, la quantité de protéine utilisée dans chaque puits de cristallisation a été réduite pour une utilisation optimale du matériau disponible. L’avenir des traitements contre la mucoviscidose Entrepris avec le soutien du programme Marie Curie, les recherches au Trinity College représentent généralement une bataille scientifique où ingéniosité et ténacité sont essentielles pour surmonter les défis posés par des biomolécules au comportement imprévisible. Actuellement, l’équipe de CF_struct n’a pas l’intention de poursuivre sa quête d’une structure cristalline, mais ses travaux ont renseigné les chercheurs qui étudient cette maladie incapacitante. Les professeurs Caffrey et Fetics résument l’importance de leurs recherches au Trinity College: «Il y a jusqu’à 100 000 personnes atteintes de mucoviscidose dans le monde. Une structure cristalline aurait pu avoir un impact positif sur l’économie mondiale en réduisant les coûts imputables à la mucoviscidose, en augmentant l’espérance de vie, en améliorant la qualité de vie et en allégeant le fardeau des personnes qui s’en occupent».
Mots‑clés
CF_struct, CF, CFTR, cristal, médicament, structure cristalline, CryoEM, mucoviscidose, rayons X, ouverture, chlorure, modèle