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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2003

Zongchao Jia

Biochimie

Queen's University


Zongchao Jia
Zongchao Jia

Il y a cinquante ans, la découverte de la structure en double hélice de l'ADN a révolutionné la génétique. Aujourd'hui, M. Zongchao Jia suscite une activité scientifique fébrile en appliquant la même technique d'imagerie par rayons X qui a révélé les secrets de l'ADN aux produits de ce dernier : les protéines.

« Les structures globulaires des protéines sont beaucoup plus complexes que celles de l'ADN », explique M. Jia, professeur agrégé de biochimie à la Queen's University et lauréat de l'une des six Bourses commémoratives E.W.R. Steacie du CRSNG de 2003. « L'ADN comporte seulement quatre éléments constitutifs, les paires de bases. Les protéines, en revanche, peuvent comprendre 20 éléments constitutifs potentiels, les acides aminés. Il y a donc tout un monde de différence du point de vue de la complexité. »

La cristallographie par rayons X est une science qui pose un défi fascinant. En effet, elle équivaut à diriger une lampe de poche sur une construction réalisée à partir d'un jeu de construction métallique et à déterminer ensuite la structure tridimensionnelle de cette construction à partir de l'ombre projetée sur le mur. Grâce à des faisceaux de rayons X intenses concentrés sur les cristaux purifiés d'une protéine, les cristallographes prennent des photos au niveau de l'atome. Les rayons X qui sont déviés par les atomes qu'ils frappent sont enregistrés sur des détecteurs semblables à ceux, par exemple, utilisés dans les appareils photos numériques. On utilise ensuite des ordinateurs pour déduire, à partir des images enregistrées, la structure tridimensionnelle complexe de la protéine.

« Nous favorisons l'étude des protéines les plus pertinentes du point de vue médical », déclare M. Jia, qui est également titulaire d'une Chaire de recherche du Canada en biologie structurale. »

Le laboratoire de M. Jia a été aux premières loges de l'étude de la structure des protéines antigel. Ces protéines préviennent la formation de cristaux de glace dans les cellules, ce qui permet à certains animaux de se congeler « complètement » et de dégeler (comme les grenouilles qui survivent à des températures inférieures au point de congélation) tout en ne subissant que peu ou pas de dommages tissulaires. Son équipe a identifié la structure de quatre protéines antigel, notamment une protéine de poisson, ainsi que la toute première protéine provenant d'un insecte. Elle a démontré qu'il existe en fait diverses façons qui permettent à des protéines différentes de bloquer la formation de la glace. Ces travaux sont primordiaux pour la réalisation de la possibilité tentante de trouver des méthodes de congélation réversible du tissu humain.

En 1999, le laboratoire de M. Jia a également remporté une véritable course contre la montre à l'échelle internationale. Il s'agissait de déterminer la structure d'une protéine régulée par le calcium qui joue un rôle dans diverses maladies, de la maladie d'Alzheimer à la dystrophie musculaire en passant par la crise cardiaque. La protéine appelée calpain peut être dévastatrice lorsqu'elle fonctionne mal parce que c'est une protéase, c'est-à-dire qu'elle fractionne d'autres protéines. On savait déjà qu'elle était régulée par le calcium, mais les travaux de détective de M. Jia portant sur la structure atomique de la calpain ont révélé la raison pour laquelle le calcium est nécessaire pour l'activation de cette protéase.

« Parce que nous avons identifié le site actif de la protéine, les entreprises pharmaceutiques peuvent maintenant tenter de créer des médicaments qui le bloqueront sans interférer avec les centaines d'autres protéases de l'organisme », explique M. Jia.

Il vient tout juste de commencer à étudier des protéines liées au cancer qui pourraient être ciblées par des médicaments.

À titre de boursier Steacie, M. Jia poursuivra le travail de pionnier qu'il effectue sur l'un des groupes de protéines les plus importantes sur le plan biologique, celles qui participent à la phosphorylation et à la déphosphorylation. Ces protéines agissent comme interrupteur d'activation ou de désactivation pour près de 30 pour cent des protéines du corps humain. L'équipe de M. Jia, qui compte onze personnes, mettra l'accent sur les protéines de la phosphorylation qui contribuent à la fonction cellulaire ainsi que sur la phytase, une enzyme qui libère le phosphore (un nutriment) emmagasiné dans les graines de plantes. Cette enzyme est absente chez de nombreux animaux de ferme, notamment le porc. À l'heure actuelle, on l'ajoute aux aliments pour animaux afin d'aider à accroître la valeur en nutriments, mais le succès obtenu n'a été que limité.

« L'identification de la structure de la phytase nous aidera à comprendre comment cette protéine fonctionne, explique M. Jia. Une fois que nous l'aurons compris, nous pourrons tenter de l'améliorer par ingénierie des protéines afin de la rendre plus active et plus stable. »