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Génomique structurelle
Génomique structurelle
Il y a une décennie, les progrès technologiques dans le domaine du séquençage de l’ADN ont incité les chercheurs à relever le défi de taille associé au séquençage du génome humain. Dans cette foulée, on a ensuite mis au point de nouvelles méthodes de séquençage, ce qui a contribué à l’accélération spectaculaire de la vitesse de séquençage de l’ADN. En plus du génome de l’être humain et de la souris, de nombreux génomes de bactéries, d’archéobactéries et d’eucaryotes ont été totalement séquencés, et de nombreux autres en sont à différentes étapes de séquençage. La mine d’information sur les séquences a permis une catégorisation et une systématisation des séquences de protéines déduites et l’assignation d’une fonction à nombre d’entres elles basée sur l’homologie. Cependant, on ignore les fonctions et les rôles de 50 à 60 % des cadres de lecture ouverts connus et, dans une proportion encore plus grande, leur structure tridimensionnelle. Ce vaste ensemble de séquences protéiques dont on ignore la fonction et/ou la structure représente un nouveau défi pour les biologistes.
Nous sommes en train d’élaborer des méthodes et des approches pour accélérer le mécanisme d’élucidation des structures protéiques, l’objectif étant de créer un pipeline pour la détermination à haut débit des structures. Initialement, nos travaux portent sur les génomes bactériens. Ce choix est dicté par plusieurs raisons pratiques : a) le grand nombre de génomes séquencés, b) la disponibilité des résultats de l’analyse comparative de leurs gènes, c) l’expression généralement plus facile et rapide des protéines bactériennes comparativement aux protéines d’eucaryotes et, particulièrement, aux protéines des mammifères, d) le fait que les bactéries pathogènes sont l’une des cibles majeurs de l’industrie pharmaceutique. Notre choix des gènes ciblés pour des études structurelles est fondé sur l’analyse bioinformatique continue de l’information biologique disponible. Dans le cadre de l’Initiative en génomique et en santé du CNRC, nous avons récemment mis en œuvre un projet similaire ciblant les protéines de mammifères qui pourraient jouer un rôle dans le cancer et les complexes multiprotéiques d’échafaudage qui représentent des exemples archétypaux des modules de signalisation. Nous nous intéressons également aux protéines prises en charge par la calnexine au niveau du réticulum endoplasmique.
Enzymes agissant sur les glycosaminoglycanes (GAG)
Les glycosaminoglycanes sont des polysaccharides linéaires chargés négativement et composés d’unités répétées d’acide uronique et de N-acétylglucosamine sulfate (GlcNAc) ou de N-acétylgalactosamine (GalNAc). Dans la plupart des cas, la chaîne de GAG est fixée au niveau de sa région terminale réductrice à une protéine centrale, et le complexe résultant porte le nom de protéoglycane. Les protéoglycanes sont des composantes importantes de la matrice extracellulaire des vertébrés et jouent un rôle essentiel dans la formation du squelette. Il semble évident depuis peu qu’en plus de leur rôle structurel dans les tissus conjonctifs, les GAG ont de nombreuses autres fonctions importantes : ils contrôlent par exemple l’activité enzymatique en plus de servir de réservoirs pour les facteurs de croissance ainsi que leur participation en tant que récepteurs viraux. La caractérisation de la structure des GAG constitue un défi de taille, et l’analyse de ces sous-structures est, dans une large mesure, tributaire du clivage par différentes enzymes de dégradation des GAG.
Nous nous intéressons aux enzymes qui synthétisent, modifient et dégradent les GAG. Les enzymes de dégradation sont responsables du renouvellement de la partie carbohydrate des protéoglycanes. De tels processus sont nécessaires au cours du métabolisme tissulaire normal et particulièrement durant le développement du squelette. La dégradation des protéoglycanes est une facette importante des processus morbides comme l’arthrite ainsi que l’invasion et la métastase tumorales. La plus grande partie du renouvellement des GAG se produit dans le lysosome, organite intracellulaire qui contient un ensemble d’enzymes de dégradation, dont des protéases, des sulfatases et des glycohydrolases. Les différentes pathologies des mucopolysaccharidoses sont des exemples de conséquences de mutations d’enzymes dégradant les GAG « extracellulaire ». La dégradation des GAG se produit également dans un autre contexte, soit lorsque des micro-organismes pathogènes ou détritivores libèrent, pour se nourrir, des enzymes qui dégradent des composantes des GAG présentes dans le tissu conjonctif des animaux multicellulaires. Ces enzymes présentent une une grande variété de spécificités pour différents types de GAG et sont capables de reconnaître et de cliver des composantes précises des GAG, propriété qui en fait des réactifs importants pour l’analyse structurelle des GAG. La structure tridimensionnelle de la région de fixation du site actif permet à ces enzymes de reconnaître facilement des combinaisons de disaccharides particulières.