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LES PROTÉINES, QU’EST-CE QUE C’EST ? Les protéines sont des chaînes d’acides aminés --- des molécules à chaîne longue. Les protéines sont à la base de la manière dont la biologie fait que les choses se passent. Comme les enzymes, elles sont la force moteur derrière toutes les réactions biochimiques qui font que la biologie fonctionne. En tant qu’éléments structurels, elles sont le composant principal de nos os, de nos muscles, de nos cheveux, de notre peau et de nos vaisseaux sanguins. En tant qu’anticorps, elles reconnaissent les éléments intrus et permettent au système immunitaire de se débarrasser des indésirables. Pour toutes ces raisons, les scientifiques ont séquencé le génome humain -- schéma de toutes les protéines en biologie -- mais comment comprendre ce que font ces protéines et leur fonctionnement ?
RELATION AVEC LE PROJET DU GÉNOME HUMAIN Depuis que les protéines jouent des rôles si fondamentaux en biologie, les scientifiques ont séquencé le génome humain. En un sens, le génome est un "schéma" de ces protéines -- le génome contient le code ADN qui définit la séquence d’acides aminés disposés le long de la "chaîne." protéique.
POURQUOI LES PROTÉINES SE "PLIENT"-ELLES ? En elle-même, la connaissance de cette séquence nous dit peu de choses sur ce que font les protéines et comment elles agissent. Afin de mettre en œuvre leur fonction (en tant qu’enzymes ou comme anticorps), elles doivent prendre une forme particulière, aussi appelée "fold" (pliage). Ainsi, les protéines sont des machines étonnantes : avant de faire leur travail, elles s’assemblent elles-mêmes ! Cet auto-assemblage est appelé "folding." (repliement). Un des objectifs de notre projet est de simuler le repliement des protéines afin de comprendre comment elles se plient si rapidement et avec autant de fiabilité, et d’apprendre comme fabriquer des polymères synthétiques avec ces propriétés. Des films d’animation des résultats de quelques-unes des simulations sont accessibles ici.
LE REPLIEMENT DES PROTÉINES ET LES MALADIES : EBS (Vache Folle), Altzheimer, ... Que se passe t’il si les protéines ne se replient pas correctement ? On pense que des maladies comme celle d’Alzheimer, la fibrose cystique, l’EBS (la Vache Folle), une forme héréditaire de l’emphysème et de nombreux cancers résultent d’un repliement anormal des protéines.
LE REPLIEMENT DES PROTÉINES ET LA NANOTECHNOLOGIE : construire avec une main humaine des machines à l’échelle de la nano-mesure En plus des applications biomédicales, en savoir plus sur le pliage des protéines va nous aider à apprendre à concevoir nos propres "nanomachines" de la taille des protéines capables de réaliser les mêmes tâches. Bien sûr, avant que les nanomachines puissent exécuter toute opération, elles doivent aussi être assemblées.
POURQUOI LE REPLIEMENT DES PROTÉINES EST-IL SI DIFFICILE À COMPRENDRE ? Ce qui est passionant, c’est que non seulement les protéines s’auto-assemblent -- fold -- mais elles le font avec une rapidité étonnante : certaines le font si vite que cela se compte en millionièmes de seconde. Alors que de temps est très court du point de vue de la personne, il est remarquablement long quand on fait une simulation par ordinateur. En fait, cela prend environ un jour pour simuler une nanoseconde (1/1 000 000 000ième de seconde). Malheureusement, les protéines se plient sur une échelle de temps de l’ordre de la microseconde (10,000 nanosecondes). Il faudrait donc 10,000 jours CPU pour simuler un repliement -- autrement dit, cela prendrait 30 ans CPU ! Un temps bien long pour attendre un seul résultat !
UNE SOLUTION : LES DYNAMIQUES DISTRIBUÉES Pour régler le problème du repliement des protéines, il nous faut passer l’obstacle de la microseconde. Notre groupe a développé un nouveau moyen de simuler le repliement des protéines qui permet de briser le barrage de la microseconde en divisant le travail entre de multiples processeurs selon une méthode nouvelle -- avec une accélération quasi linéaire du nombre des processeurs. Ainsi avec 1000 processeurs, nous pouvons passer l’obstacle de la microseconde et aider à lever le voile sur le mystère qui entoure la manière dont les protéines se plient.
QU’AVONS NOUS FAIT JUSQU’À PRÉSENT ET DANS QUELLE DIRECTION ALLONS NOUS ? Folding@Home 1.0 a été un succès. Au cours de la première année d’octobre 2000 à octobre 2001, nous avons plié plusieurs petites protéines à repliement rapide, avec une validation expérimentale de notre méthode. Nous travaillons désormais pour développer notre méthode plus avant, et pour l’appliquer à des protéines plus complexes et plus intéressantes ainsi qu’aux questions de repliement protéique et de repliement anormal. Pour en savoir plus sur nos résultats allez sur notre page Résultats.
COMMENT PUIS-JE EN SAVOIR PLUS SUR LE FONCTIONNEMENT DE FOLDING@HOME ? Un bon moyen pour apprendre plus de choses sur notre réussite avec Folding@Home 1.0 et notre fonctionnement est de lire nos articles récents ou d’aller voir la récente couverture Presse de notre travail. Notre article récent paru dans les Physical Review Letters décrit les bases de notre méthode ainsi que les explications mathématiques sur l’utilisation de dizaines à des centaines de milliers d’ordinateurs personnels pour accélérer les simulations du repliement des dizaines à des centaines de milliers de fois. Notre article récent paru dans le Journal of Molecular Biology aborde un peu plus les spécificités de notre méthode et de son application aux protéines et évoque nos premiers résultats --- le repliement de l’"hairpin" (épingle) bêta. |
Alors que la nature du pliage est déterminée par la séquence, elle est encodée d’une manière très compliquée. Ainsi, on peut considérer que le repliement des protéines fait le lien entre le génome (la séquence) et ce que font vraiment les protéines (leur fonction).
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SIMULATIONS DU REPLIEMENT DES PROTÉINES :
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Kindly translated to French by Sandrine Cortet ( scortet at optonline dot net )