Vidéo : Recherche sur la maladie de Huntington… dans l’espace !

La protéine huntingtine, qui, sous sa forme mutante, provoque la maladie de Huntington, est difficile à étudier, car elle forme des amas plutôt que des cristaux nets. Aujourd’hui, la jeune chercheuse en MH, Gwen Owens, du California Institute of Technology, vise TRÈS haut pour tenter de résoudre le problème. Dans une interview vidéo spéciale diffusée lors du récent Congrès mondial sur la MH, HDBuzz s’est entretenu avec Gwen de ses projets « hors du commun »…

ED : Pourquoi est-il important d’étudier la huntingtine pour les personnes qui souhaitent trouver des traitements contre la maladie de Huntington ?

GWEN : C’est incroyablement important pour la maladie… nous savons que c’est la seule protéine qui semble provoquer la maladie et, malheureusement, nous n’avons aucune idée de son apparence.

ED : Ce qui semble assez important. Si tu veux combattre quelque chose, tu dois savoir à quoi ça ressemble.

GWEN : Oui, en effet.

ED : Nous avons une compréhension très précise de la structure de certaines protéines, comme l’insuline, l’hémoglobine ou certaines des protéines les plus connues, alors pourquoi pas nous… Nous sommes en 2013 ; cela fait 20 ans que le gène a été découvert. Qu’avez-vous fait ? Pourquoi n’avons-nous aucune idée de l’apparence de la huntingtine ?

GWEN : La huntingtine a deux propriétés qui rendent son étude structurelle très difficile. La première est qu’elle est énorme, c’est l’une des plus grosses protéines de ton corps. Elle est plus de six fois plus grosse que la plupart des protéines. Cela la rend difficile à manipuler. La deuxième est qu’elle s’agrège. Nous savons que l’un des problèmes de la maladie de Huntington est que cette protéine, la huntingtine, s’agrège dans les neurones, ce qui la rend également très difficile à étudier.

ED : Quand tu dis « s’agrège », tu veux dire qu’elle se colle pour former des amas ?

GWEN : Exactement, oui.

ED : Pourquoi le fait que la protéine se colle la rend-elle difficile à étudier ?

GWEN : Eh bien, notre laboratoire utilise une technique appelée cristallographie aux rayons X pour déterminer exactement où se trouve chaque carbone, chaque azote, chaque oxygène dans une protéine. Pour cela, nous avons besoin de protéines individuelles, qui ne peuvent pas être agglomérées, afin de fabriquer un cristal de protéines.

ED : D’accord, donc tu regardes un cristal et, à partir de là, tu peux déterminer la structure de la protéine ?

GWEN : Oui. Lorsqu’un cristal est formé, tu peux en fait envoyer un laser à travers lui, et en fonction de la façon dont la lumière frappe le cristal, tu peux en fait reconstituer où se trouve chaque élément.

ED : D’après l’expérience que je sais que tu prévois, on dirait que tu as atteint les limites de ce que nous pouvons faire en 2013, sur Terre, pour obtenir des cristaux de cette protéine, n’est-ce pas ?

GWEN : Autant que nous puissions en juger, oui. Nous avons mis en place plus de 100 000 expériences individuelles différentes sur Terre, et nous ne pouvons rien faire cristalliser de manière à obtenir une structure.

ED : Je dirais que cela donne l’impression que tu as fait tes devoirs correctement. D’accord, alors, révèle le pot aux roses. Qu’est-ce que tu prévois de faire pour essayer de faire croître des cristaux de huntingtine, afin de pouvoir étudier leur structure ?

GWEN : Nous prévoyons d’envoyer certaines de ces expériences à la Station spatiale internationale.

ED : De la huntingtine dans l’espace !

GWEN : Oui, exactement. Notre laboratoire a reçu une subvention du CASIS, le Centre pour l’avancement de la science dans l’espace, qui est une filiale de la NASA. Ils cherchaient des expériences de cristallisation à réaliser à bord de la Station spatiale internationale, et je pense que nous avons bien expliqué pourquoi la huntingtine est une protéine très intéressante à essayer de cristalliser à bord de l’ISS. Ils ont réalisé que certaines des propriétés physiques de la croissance des cristaux sont très différentes en l’absence de gravité. Ils ont constaté que, pour certaines de ces protéines dont nous savons qu’elles cristallisent bien, les cristaux deviennent beaucoup, beaucoup plus gros et se forment beaucoup, beaucoup mieux. Ils seront 10 à 20 fois plus gros dans certains cas et ils diffractent réellement, donc lorsque tu envoies un laser à travers eux, ils te donnent une bien meilleure structure.

ED : Beaucoup plus gros et beaucoup plus purs, on dirait.

GWEN : Dans de nombreux cas. Certainement pas dans tous les cas et, dans certains cas, cela a même empiré les choses. Nous avons pensé que la huntingtine serait très, très intéressante à essayer dans cette situation. Parce que même si nous pouvons obtenir de minuscules cristaux, nous ne pouvons pas obtenir de cristaux suffisamment gros pour réaliser nos études sur Terre.

ED : À quelle distance de la Terre se trouve la Station spatiale internationale ?

GWEN : Elle est à environ 400 kilomètres.

ED : Mais nous pouvons la voir, parfois. Elle passe au-dessus de nos têtes et tu peux la voir comme une petite lumière dans le ciel, n’est-ce pas ?

GWEN : Oui, presque tous les soirs, en fait. Tu peux regarder en ligne exactement quand l’ISS passera au-dessus de chez toi.

ED : C’est cool. Alors, est-ce un environnement de gravité zéro là-haut ?

GWEN : Non, c’est techniquement de la microgravité. Il y a toujours une petite attraction de la Terre, même si elle est très haute.

ED : Posons une question de base ici. Que se passe-t-il lorsqu’un cristal se forme ?

GWEN : Donc, pour fabriquer un cristal, tu dois avoir une très forte concentration de protéines. De telle sorte qu’il commence essentiellement à nucléer, il forme donc un noyau central. Ensuite, il commence à construire de plus en plus de protéines à l’extérieur de celui-ci, jusqu’à ce que tu obtiennes quelque chose que tu peux voir de tes propres yeux comme un cristal.

ED : Donc, dans une solution, tu as toutes ces molécules de protéines, et elles volent toutes autour et sont assez éloignées les unes des autres ?

GWEN : Essentiellement, oui.

ED : Ensuite, lorsque tu fais croître un cristal, les protéines se collent les unes aux autres, mais de manière organisée. C’est bien ça ?

GWEN : Oui, en effet.

ED : C’est l’organisation qui en fait un cristal, plutôt qu’une masse informe ?

GWEN : Oui.

ED : Comment l’absence de gravité aide-t-elle les cristaux à croître ? Qu’est-ce qui, dans l’absence de gravité, fait grossir les cristaux ?

GWEN : Donc, lorsqu’un cristal croît, comme je l’ai dit, il y a cette très forte concentration de protéines qui forme lentement ce cristal. Tu te retrouves avec une très forte concentration de protéines dans la solution générale. Juste à côté de l’endroit où le cristal croît, tu as une très faible concentration, car il vient d’être aspiré dans le cristal, il forme un réseau. Tu as donc une concentration très élevée et une concentration très faible juste à côté l’une de l’autre. Dans les océans, nous savons que si tu as une très forte concentration de sel et une très faible concentration de sel, cela commence à se mélanger. Cela commence à avoir ce qu’on appelle un flux convectif. La même chose se produit avec les cristaux, tu obtiens ce flux le long de la surface. Apparemment, ce flux entrave la croissance du cristal et, par conséquent, lorsque ce flux se produit, le cristal cesse essentiellement de croître.

ED : D’accord, mais si tu supprimes la gravité… ?

GWEN : Cela supprime la majeure partie du flux. Il y a une certaine quantité de flux qui est bonne pour le cristal, mais la quantité de flux qui se trouve à la surface, dans certains cristaux qui croissent rapidement sur Terre, entrave clairement la croissance du cristal.

ED : Quelle est la plus grande différence observée avec un cristal en le faisant croître en microgravité ?

GWEN : Pour le lysozyme, qui est l’un des cristaux très courants que nous utilisons en fait pour tester certaines de nos lignes de faisceau, il y a eu des expériences qui ont montré qu’il était 20 fois plus gros. Pour nos cristaux, 20 fois la taille serait suffisante pour commencer à faire des travaux intéressants sur eux.

ED : Oh, wow. Alors tu pourrais envoyer les faisceaux laser à travers et il se passerait des choses cool ?

GWEN : Espérons-le, oui.

ED : Alors, comment fais-tu entrer la huntingtine dans l’espace ? Tu l’envoies par FedEx et il y a une livraison quotidienne ? Que se passe-t-il ?

GWEN : Nous envoyons nos échantillons à bord de SpaceX 3, qui doit envoyer tout un tas de choses à l’ISS en janvier de l’année prochaine (2014).

ED : Alors, as-tu déjà fabriqué la huntingtine dans ton laboratoire, ou es-tu en train de la fabriquer ? Ou vas-tu le faire la veille ?

GWEN : Nous fabriquons continuellement des protéines huntingtines dans notre laboratoire.

ED : Comment fais-tu cela ?

GWEN : Nous la cultivons dans E. coli, qui est une bactérie, et nous faisons en sorte que cette E. coli fabrique la protéine, la huntingtine, de différentes longueurs. Parfois, nous n’en utilisons qu’une partie, car c’est une protéine tellement grosse et E. coli a beaucoup de mal à fabriquer la protéine entière.

ED : Tu injectes de l’ADN supplémentaire dans E. coli pour la transformer en usine de huntingtine ?

GWEN : Exactement, oui. Après l’avoir rendue vraiment, vraiment pure, nous pouvons mettre en place ces expériences de cristallisation.

ED : Nous savons qu’il existe une protéine mutante, qui est celle qui endommage les cellules, et une protéine dite « sauvage » ou saine qui n’endommage pas les cellules. Est-ce que tu envoies uniquement le type sauvage, ou est-ce que tu envoies une protéine mutante ?

GWEN : Nous prévoyons d’envoyer également une protéine mutante. La protéine mutante s’agrège plus que la protéine de type sauvage, ce qui est l’une des causes de la maladie de Huntington. Il est donc beaucoup plus difficile de la cristalliser. Nous nous attendons à de meilleurs résultats avec le type sauvage, mais nous pensons qu’il serait très intéressant d’obtenir une structure d’une partie de la protéine mutante également, nous allons donc en envoyer également.

ED : Donc, le meilleur résultat serait de gros cristaux de protéine normale ou de type sauvage et de gros cristaux de protéine mutante. Tu fais briller ton laser, et nous pouvons observer les différences ?

GWEN : Absolument, oui.

ED : Peut-être même des indices sur l’endroit où nous pourrions coller un médicament, ou sur ce que nous pourrions faire pour transformer le cristal mutant en quelque chose qui ressemble un peu plus au cristal de type sauvage ?

GWEN : Nous l’espérons, oui.

ED : Quelle est la fragilité de cet échantillon de protéine huntingtine et comment est-il emballé ?

GWEN : Il est emballé dans… En fait, je l’ai ici. Nous avons ces petits appareils. Il s’agit de six petites expériences différentes. Donc, le voyage aller est… ils devraient être assez stables, car l’expérience ne commence que lorsqu’ils entrent en microgravité. Les astronautes doivent en fait actionner quelques leviers pour que l’expérience démarre. Sinon, la protéine huntingtine ne se cristallise pas avant d’être en microgravité.

ED : Donc, ils sortent ces petits conteneurs là-haut ; actionnent les leviers et ensuite toute l’expérience se déroule d’elle-même ?

GWEN : Oui, exactement.

ED : Wow. Cela semble bien, car les astronautes… ce ne sont pas exactement des spécialistes des fusées, soyons honnêtes.

GWEN : (Rires) Oui.

ED : Combien de temps les cristaux croissent-ils ensuite, une fois qu’ils ont actionné les interrupteurs ?

GWEN : Ce sera environ quatre mois, mais cela dépend aussi du moment où les différents véhicules SpaceX peuvent monter et descendre.

ED : Quand la fusée SpaceX 3 décolle-t-elle ?

GWEN : Le 15 janvier.

ED : Le 15 janvier ? Quand la huntingtine reviendra-t-elle sur Terre, à peu près ?

GWEN : En gros, en avril. Nous l’espérons.

ED : Elle croît tout le temps ?

GWEN : Oui. Eh bien, les astronautes actionnent un interrupteur avant qu’elle ne redescende, de sorte que l’expérience se termine avant qu’elle n’atteigne à nouveau la gravité. Si, par exemple, elle s’est cristallisée, mais qu’ensuite, lors de la descente, tu dois faire face à la rentrée, cela peut être un peu mouvementé. C’est probablement la partie la plus difficile, car nous craignons que les cristaux ne se brisent.

ED : Quand quelque chose redescend sur Terre, ne tombe-t-il pas simplement dans la mer ?

GWEN : Oui. (Rires) Délicatement !

ED : Qu’est-ce que tu en penses ?

GWEN : Les conteneurs dans lesquels se trouvent les expériences de cristallisation sont très bien isolés des vibrations et des changements de température. La protéine devrait redescendre non loin de l’endroit où se trouve notre laboratoire à Pasadena. Nous devrions donc pouvoir conduire et être là presque au moment où elle éclabousse. Récupérer la protéine et la ramener le plus vite possible à notre laboratoire. Ensuite, envoyer un laser à rayons X à travers elle.

ED : Dans combien de temps sauras-tu, après son arrivée au laboratoire, si les cristaux sont assez gros pour t’être utiles ?

GWEN : En quelques heures.

ED : Ça va être passionnant.

GWEN : Oui, oui. Absolument.

ED : Peux-tu me donner une idée des types de choses auxquelles la connaissance de la structure cristalline des protéines a conduit dans le passé ?

GWEN : Un exemple est celui de la première découverte du VIH. Certaines des protéines du VIH, comme la protéase du VIH, qui est importante dans la fonction de la protéine, ont vu leur structure cristalline résolue. Ensuite, en utilisant cela, des chimistes organiciens et des chimistes de synthèse ont pu utiliser cette structure pour fabriquer quelque chose qui inhibait ce qu’ils attendaient de la fonction. Ils se sont en quelque sorte fixés sur la structure et ont pu fabriquer un nouveau médicament contre le VIH basé sur la structure cristalline.

ED : Enfin, as-tu un message pour les personnes qui sont ici à Rio et qui regardent en ligne ?

GWEN : Bien sûr, si tu veux savoir quand l’ISS passe au-dessus de ta tête, tu peux toujours aller sur le site web spotthestation.nasa.gov et savoir qu’entre janvier et avril de cette année, la huntingtine passera au-dessus de ta tête.

ED : Eh bien, Gwen, c’est absolument incroyable. Je veux dire, c’est tellement excitant que cela se produise. J’apprécie vraiment que tu aies pris le temps de me parler. Je sais que tout le monde ici à Rio va être absolument ravi que cela se produise. Je suppose que, même si cela ne fonctionne pas du tout, cela vaut la peine d’essayer et c’est vraiment cool, alors merci beaucoup d’avoir pris le temps de nous parler.

GWEN : Eh bien, merci beaucoup de m’avoir invitée.

En savoir plus

• Page d’accueil du laboratoire du Dr Pamela Bjorkman, où travaille Gwen Owens.
• Centre pour l’avancement de la science dans l’espace (CASIS).
• Repérer la Station – Le site de la NASA pour savoir quand l’ISS sera visible depuis ton emplacement. Des applications pour smartphone sont également disponibles !