Mesurer la forme des protéines est devenu plus facile grâce aux mathématiques

Structure des protéines Les analyses des noyaux de protéines révèlent des différences fondamentales entre la solution et les structures cristallines

Les protéines sont les éléments constitutifs de la vie. Ce sont de longues chaînes d'acides aminés qui s'auto-assemblent en machines moléculaires d'une extraordinaire complexité. Ces machines comprennent des dispositifs informatiques appelés ribosomes, des squelettes d'échafaudage appelés microtubules et des machines à marcher semblables à des jambes appelées kinésine, parmi beaucoup d'autres.

Ce processus d'auto-assemblage est l'une des grandes merveilles de la science moderne - presque comme si une chaîne de briques Lego devait soudainement s'assembler en un robot. Personne ne sait exactement comment cela se produit, mais les scientifiques savent que la forme de la structure résultante détermine la fonction de la protéine et comment elle interagit avec d'autres protéines.

Mesurer la forme des protéines est donc une tâche cruciale. La méthode la plus courante consiste à former des cristaux à partir de protéines, puis à utiliser la cristallographie aux rayons X pour déterminer la structure des protéines.

C'est un problème car la plupart des protéines ne forment pas de cristaux. Et même lorsqu'elles le font, les molécules de protéines peuvent ne pas toutes prendre la même forme lorsqu'elles se tassent, ce qui entraîne des inexactitudes.

Une autre technique, appelée résonance magnétique nucléaire, crée des images de protéines en solution mais nécessite qu'elles soient étroitement emballées en faisceaux. Encore une fois, seules quelques protéines peuvent le faire.

Cependant, une infime fraction des protéines peut être imagée avec les deux techniques. C'est pratique car cela permet aux biologistes moléculaires de comparer les structures produites par chaque technique.

Et il s'avère que les structures trouvées par chaque technique diffèrent de manière significative. Mais on ne sait pas exactement ce qui cause les différences et comment les interpréter.

Aujourd'hui, cela change, au moins en partie, grâce au travail de Zhe Mei et de ses collègues de l'Université Yale à New Haven. Cette équipe a mesuré la différence de structure protéique déterminée par cristallographie aux rayons X et RMN. Et ils ont compris pourquoi la différence se produit et comment la corriger.

L'équipe a commencé par compiler une base de données de protéines avec des structures déterminées par les deux techniques à haute résolution. Cela s'avère être une liste relativement petite - seulement 16 protéines correspondent à la facture.

Les chercheurs ont également créé une base de données de structures protéiques de cristallographie aux rayons X déterminées par plusieurs groupes différents à différentes températures. Cela a permis à l'équipe d'étudier comment la température influence la structure.

Ils ont ensuite créé un modèle mathématique de la façon dont les protéines s'emballent pour former des cristaux solides ou des faisceaux en solution pour la RMN.

Il s'avère que la densité de tassement peut expliquer exactement la différence de structure pour les deux techniques, les faisceaux en solution ayant une densité plus élevée que les cristaux. Selon les chercheurs, nous identifions la base physique de ces différences en modélisant les noyaux protéiques comme des emballages bloqués de particules en forme d'acides aminés.

Ils peuvent également affiner leur modèle mathématique en faisant varier l'énergie thermique utilisée pour générer les garnissages. En effet, l'emballage protéique qui n'est pas influencé par la température a à peu près la même densité que les structures déterminées par cristallographie aux rayons X

Cela suggère que la température joue un rôle important dans la structure de l'emballage des protéines, car les structures déterminées par RMN sont plus denses. Ces résultats indiquent que les systèmes thermalisés peuvent être plus denses que les systèmes athermiques, ce qui suggère une base physique pour les différences structurelles entre les structures protéiques résolues par RMN et la cristallographie aux rayons X, disent Mei et co.

Cependant, la température n'est pas toute l'histoire. Les protéines dans les structures cristallines sont obligées de prendre une certaine forme, ce qui réduit la quantité de distorsion thermique que la molécule peut subir.

Ainsi, le résultat de Mei et co soulève une question intéressante : dans quelle mesure la structure des protéines est-elle le résultat de la température ou le résultat de l'emballage des cristaux ?

Cela devra attendre d'autres travaux.

Réf : arxiv.org/abs/1907.08233 : Les analyses des noyaux de protéines révèlent des différences fondamentales entre la solution et les structures cristallines

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