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Des biologistes découvrent des effets étonnement puissants de la variation des protéines

Crédits : iStock

Le matériel génétique de deux individus peut être clairement distingué. Les bio-informaticiens de l’Université technique de Munich (TUM) ont déterminé que l’impact des variations de l’ADN a été largement sous-estimé. Ces nouveaux aperçus pourraient avoir une incidence sur les progrès de la médecine personnalisée. 

Les protéines sont un élément essentiel de la vie. Sans elles, aucune cellule ne peut fonctionner. Environ 20 000 protéines sont responsables du métabolisme, de la croissance et de la régénération dans le corps humain. Les blocs de construction des protéines sont des acides aminés. Ceux-ci sont assemblés dans la cellule selon un modèle défini contenu dans l’ADN.

Une étude approfondie impliquant des échantillons de sang de 60 000 personnes a montré que des différences étonnamment larges existent entre les protéines des individus. Dans deux individus non liés, en moyenne 20 000 acides aminés ont des différences connues sous le nom de SAV (variantes d’acides aminés simples). Le MacArthur Lab, aux États-Unis, a rassemblé environ dix millions de ces SAV.

« Jusqu’à présent, de nombreux experts ont estimé que la plupart de ces variantes n’avaient aucun impact important sur la fonction des protéines », a déclaré le professeur Burkhard Rost, de l’Université technique de Munich. Cette hypothèse est difficile à prouver. Des études expérimentales ne peuvent être effectuées pour un nombre énorme de SAV. En fait, des données expérimentales pertinentes sont disponibles pour moins de 0,01 % des SAV.

Les chercheurs de TUM ont développé une méthode pour prédire les effets des SAV à l’aide de simulations informatiques. En utilisant les données obtenues dans les expériences de laboratoire, un programme prédit l’effet probable pour les 99,99 % des SAV sur lesquels rien n’est connu. « En plus des méthodes statistiques, nous utilisons l’intelligence artificielle et en particulier l’apprentissage par machine et les réseaux de neurones. Cela nous permet de créer des modèles », explique Yannick Mahlich, directeur de l’étude.

Les chercheurs ont été surpris par leurs propres résultats. Pour des millions de SAV dans les protéines de personnes en bonne santé, des effets forts ont été prédits. Les variations de séquences observées dans plus de 5 % de la population devraient avoir un impact plus important sur les fonctions cellulaires que les variations rares, c’est-à-dire celles observées chez moins de 1 % des personnes.

Cependant, les bio-informaticiens ne peuvent pas déterminer la nature exacte des effets. Les variations pourraient affecter par exemple notre capacité à détecter les odeurs ou pourraient entraîner des différences dans le métabolisme. Ils pourraient conduire à une maladie ou augmenter l’immunité aux agents pathogènes. Ils peuvent également affecter la réponse d’un individu à des influences ou des médicaments environnementaux. « Aucun de ces effets ne peut être détecté dans la vie quotidienne », explique Rost. « Mais sous certaines conditions, certains d’entre eux pourraient devenir significatifs, par exemple lorsqu’on reçoit une certaine drogue ou est exposé à une certaine influence pour la première fois. »

À son avis, les effets des variations de protéines ne peuvent être simplement classés comme bons ou mauvais. « La comparaison des effets des variations entre les individus ainsi qu’entre les humains et les espèces apparentées suggère que chaque espèce essaie de nombreuses variations. » Ceux-ci peuvent même être préjudiciables aux personnes dans les conditions actuelles. Mais si les conditions environnementales changent, il est concevable que les mêmes variations puissent aider les espèces à survivre.

« La recherche sur les effets des variations sur la structure et la fonction des protéines commence simplement », explique Rost. Il pense que les nouveaux aperçus offriront un élan important qui ouvrira la voie aux progrès de la médecine personnalisée : « Les capacités existent déjà en utilisant l’ADN pour découvrir la fonction des protéines individuelles. Dans le futur, nous pourrons également utiliser cette information pour déterminer les meilleurs aliments et médicaments pour un patient particulier. »