Protéine mystérieuse : protéger les dendrobates empoisonnées de leurs propres toxines

Patrick Lesggie

Des scientifiques ont découvert une protéine « éponge à toxines » chez les grenouilles à fléchettes empoisonnées qui stocke en toute sécurité des alcaloïdes dangereux, offrant de nouvelles approches potentielles pour traiter les empoisonnements humains (concept artistique).

Une protéine nouvellement identifiée permet aux grenouilles à fléchettes de stocker et de contenir une toxine puissante dans leur peau, qu’elles utilisent pour se défendre contre les prédateurs.

Des scientifiques ont identifié la protéine qui aide les grenouilles à fléchettes à accumuler en toute sécurité leurs toxines, selon une étude publiée le 19 décembre dans le journal eLife.

Les résultats résolvent un mystère scientifique de longue date et peuvent suggérer des stratégies thérapeutiques potentielles pour traiter les humains empoisonnés par des molécules similaires.

Alcaloïdes : du Café à la Peau de Grenouille

Les composés alcaloïdes, tels que la caféine, rendent le café, le thé et le chocolat délicieux et agréables à consommer, mais peuvent être nocifs en grande quantité. Chez l’homme, le foie peut métaboliser en toute sécurité des quantités modérées de ces composés. Les minuscules grenouilles à fléchettes consomment beaucoup plus d’alcaloïdes toxiques dans leur alimentation, mais au lieu de décomposer les toxines, ils les accumulent dans leur peau en tant que mécanisme de défense contre les prédateurs.

« Il a longtemps été un mystère de savoir comment les grenouilles à fléchettes peuvent transporter des alcaloïdes hautement toxiques dans tout leur corps sans s’empoisonner », explique l’auteure principale Aurora Alvarez-Buylla, doctorante au Département de biologie de l’Université de Stanford en Californie, aux États-Unis. « Nous avons cherché à répondre à cette question en recherchant des protéines qui pourraient lier et transporter en toute sécurité des alcaloïdes dans le sang des grenouilles à fléchettes empoisonnées. »

Diablito Poison Dart Frog (Oophaga sylvatica)

La grenouille à fléchettes Diablito, Oophaga sylvatica, est originaire de Colombie et d’Équateur. Crédit : Marie-Therese Fischer (CC BY 4.0)

Révéler le Secret de la Grenouille

Alvarez-Buylla et ses collègues ont utilisé un composé similaire à l’alcaloïde des grenouilles à fléchettes comme une sorte de « hameçon moléculaire » pour attirer et lier des protéines dans des échantillons de sang de la grenouille à fléchettes Diablito. Le composé alcaloïde a été bio-ingénierie pour briller sous une lumière fluorescente, permettant à l’équipe de voir les protéines alors qu’elles se liaient à ce leurre.

Ensuite, ils ont séparé les protéines pour voir comment chacune interagissait avec les alcaloïdes dans une solution. Ils ont découvert qu’une protéine appelée globuline de liaison aux alcaloïdes (ABG) agit comme une « éponge à toxines » qui collecte les alcaloïdes. Ils ont également identifié comment la protéine se lie aux alcaloïdes en testant systématiquement quelles parties de la protéine étaient nécessaires pour les lier avec succès.

Implications Humaines et Recherches Futures

« La façon dont l’ABG se lie aux alcaloïdes a des similitudes avec la façon dont les protéines qui transportent les hormones dans le sang humain se lient à leurs cibles », explique Alvarez-Buylla. « Cette découverte peut suggérer que les protéines de gestion des hormones de la grenouille ont évolué pour pouvoir gérer les toxines alcaloïdes. »

Les auteurs affirment que les similitudes avec les protéines humaines transportant des hormones pourraient fournir un point de départ aux scientifiques pour essayer de bio-ingénier des protéines humaines qui peuvent « absorber » les toxines. « Si de tels efforts sont couronnés de succès, cela pourrait offrir un nouveau moyen de traiter certains types d’empoisonnements », explique l’auteure principale Lauren O’Connell, professeure adjointe au Département de biologie et membre de l’Institut des neurosciences Wu Tsai, à l’Université de Stanford.

« Au-delà de la pertinence médicale potentielle, nous avons une compréhension moléculaire d’une partie fondamentale de la biologie des grenouilles empoisonnées, qui sera importante pour les futures recherches sur la biodiversité et l’évolution des défenses chimiques dans la nature », conclut O’Connell.

Fonds : National Science Foundation, New York Stem Cell Foundation, National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program, Howard Hughes Medical Institute, Fundación Alfonso Martín Escudero, Wu Tsai Human Performance Alliance.