PROTÉINES Structures

Évolution des protéines

La comparaison des séquences de protéines montre qu'elles ont conservé les éléments structuraux majeurs au cours de l’évolution et ne diffèrent que par des substitutions plus ou moins nombreuses d'acides aminés non essentiels à la fonction de ces protéines. Ces différences résultent de l'accumulation au cours du temps de mutations ponctuelles aléatoires, et l'alignement des différentes séquences permet de construire une phylogénie moléculaire pertinente.

Par ailleurs, l'analyse des séquences de nombreuses protéines a fait ressortir le caractère modulaire de celles-ci, et donne une importance particulière à la notion de « domaine » : ces unités structurales correspondent en général à des séquences de 100 à 300 acides aminés, et représentent en même temps des entités fonctionnelles ainsi que, comme nous le verrons plus loin, des « unités évolutives ». Si certaines ne comportent qu'un seul domaine, la plupart des protéines sont composées de plusieurs domaines (identiques ou différents), et l'observation de nombreuses protéines fait apparaître qu'elles résultent d'un assemblage de plusieurs domaines semblables ou différents. La multiplication des domaines permet soit de renforcer une activité (domaines semblables) soit d'ajouter des fonctionnalités, en particulier des possibilités de régulation. Elle offre aussi, via les mécanismes d'épissage alternatif, de produire des protéines différentes à partir d'un même gène : ainsi, les lymphocytes B produisent dans un premier temps des immunoglobulines possédant un domaine transmembranaire (les IgD) puis, ultérieurement, les mêmes protéines dépourvues de ce domaine transmembranaire (les IgG), qui sont alors sécrétées dans le sang (anticorps circulants).

Cette structuration en domaines apparaît également comme un élément fondamental de l'évolution des protéines, qui s'ajoute aux mutations ponctuelles décrites plus haut, mais provoque des changements d'emblée plus importants. Les gènes des eucaryotes sont morcelés, ils comportent des séquences codantes (les exons) séparées par des séquences non codantes (les introns). Il n'y a pas de correspondance automatique entre exons et domaines, même si c'est souvent le cas. Les introns contiennent des séquences répétées qui permettent la mise en place de mécanisme de recombinaison entre gènes aboutissant à un « brassage des exons » (exon shuffling) qui se traduira, selon les cas, par la répétition des mêmes exons au sein d'un même gène, ou par de nouvelles combinaisons, qui se maintiendront si elles apportent un avantage sélectif. On entrevoit ainsi la possibilité d'un « bricolage » complexe aboutissant à de nombreuses protéines combinant des domaines très variés.