Les chaperonnes sont des protéines essentielles dont le rôle est d'aider au repliement d'autres protéines ainsi qu'au transfert de protéines peu solubles vers leur lieu de prédilection intra-cellulaire. Les chaperonnes permettent ainsi d'assister les protéines dans leur maturation, en évitant la formation d'agrégats via les domaines hydrophobes présents à leur surface au cours de leur repliement tridimensionnel. Ces interactions hydrophobes entraînent une liaison « chaperonne-client » de promiscuité. En même temps, cette interaction ne doit pas être trop forte pour permettre aux deux protéines de se séparer, notamment quand le complexe arrive à sa destination finale. De plus, les chaperonnes doivent garder un juste équilibre entre promiscuité, qui leur permet de transporter une grande variété de protéines, et spécificité, qui aide à organiser l'emplacement final de leurs « clients ». Nos connaissances concernant la façon dont les interactions permettent cet équilibre entre promiscuité et spécificité du client sont limitées.
La mitochondrie est une organelle entourée d'une double membrane, dont chacune est composée d'une double couche phospholipidique. Le protéome mitochondrial humain est estimé à plus d'un millier de protéines dont 99 % doivent être importés à l'intérieur de la mitochondrie, à savoir dans une des membranes mitochondriales, dans l'espace intermembranaire, dans la matrice ou dans des lieux très spécifiques. Les mécanismes moléculaires de cet import sont encore mal compris et mettent en jeu des chaperonnes.
Une étude de chercheurs de l'Irig a permis de décrypter le mécanisme spécifique du système de chaperonnes présent dans l'espace intermembranaire des mitochondries. Leur étude a mis en lumière la façon dont TIM8-13 et TIM9-10, deux chaperonnes homologues mais de fonctions différentes, interagissent avec deux protéines membranaires différentes de la membrane mitochondriale interne, dont Tim23. En combinant des techniques de RMN, de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), d'ultracentrifugation analytique et de simulation de dynamique moléculaire et d'autres approches biophysiques/biochimiques, les chercheurs ont pu étudier les structures des complexes Tim23/TIM8-13 et Tim23/TIM9-10. Ils ont alors montré que l'équilibre délicat entre promiscuité et spécificité que ces chaperonnes doivent satisfaire est le résultat d'une combinaison d'une multitude d'interactions hydrophobes et hydrophiles envers différentes protéines clientes.
La chaperonne TIM (vert/bleu) transporte une protéine membranaire (orange) vers sa destination finale dans la membrane interne des mitochondries. Les interactions hydrophobes entre la cavité de la chaperonne (en bas) et les interactions hydrophiles avec la partie plus polaire de la protéine membranaire (« N-tail ») établissent un complexe hautement dynamique, qui s'échange entre multiples états. Cette flexibilité permet aussi de libérer la protéine membranaire, pour son insertion dans la membrane.