Les fibres amyloïdes sont des auto-assemblages de protéines d’une longueur de l’ordre du micron pour un diamètre de quelques nanomètres. Leur structure fibrillaire a d’abord attiré l’attention car leur accumulation dans le cerveau a été mise en évidence dans le cas de maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson, maladie de la vache folle). Ces fibres amyloïdes sont maintenant envisagées pour des applications en nanotechnologies ; en effet, leurs propriétés mécaniques, leurs facteurs de forme (longueur/diamètre) s’approchent de celui des nanotubes de carbone et les nombreuses possibilités de fonctionnalisation rendent ces fibres prometteuses. Or, jusqu’à ce jour, leur masse molaire, un des paramètres physiques basiques pour décrire un objet, demeurait inconnue.
La crise de la vache folle et l’augmentation des maladies neurodégénératives due au vieillissement de la population ont entrainé une augmentation très significative des recherches sur les fibres amyloïdes et leur implication dans le développement de maladies. En conséquence, les fibres amyloïdes sont l’objet de très nombreux travaux de recherche, allant de la médecine à la technologie pour le développement de biomatériaux, en passant par des études de biologie structurale.
En collaboration avec l’Institut Lumière Matière de Lyon, des chercheurs de notre laboratoire ont mesuré la masse de fibres amyloïdes constituées d’α-lactalbumine (une protéine du lactosérum) et de Het-s (une protéine de champignon filamenteux formant des fibres). Pour cela, ils ont eu recours à l’un des deux appareils disponibles au monde qui permettent de réaliser des mesures de masse sur de très gros objets dont la masse moléculaire avoisine le gigadalton (GDa). Le protocole utilisé (Légende de la figure) leur a permis de déterminer la masse moyenne d’une fibre ainsi que la distribution de masse au sein d’une population de fibres.
Ainsi, dans le cas de l’α-lactalbumine, 4500 fibres ont été mesurées pour une masse moyenne de 0,395 GDa et un indice de polydispersité de 1,62. Connaissant le poids moléculaire d’une protéine, la masse molaire moyenne indique que, en moyenne, 28 000 protéines sont nécessaires pour former une fibre.
Distribution en masse des fibres d’α-lactabumine. Insert : cliché de microscopie électronique par transmission de l’échantillon utilisé pour l’expérience de spectrométrie de masse.
Un aérosol de gouttelettes, contenant au maximum une fibre chacune, est injecté sous vide dans un tube dans lequel les fibres passent une par une. Ce tube acquiert une charge électrique identique mais de signe opposé à la charge de la fibre qui le traverse. Cette charge est mesurée en même temps que le temps de traversée de chacune des fibres. Les valeurs de la charge et du rapport masse/charge sont ainsi mesurées de manière individuelle pour un très grand nombre de fibres.
À titre de repère, la plupart des protéines cellulaires ont une masse comprise entre 20 et 100 kDa. Un acide aminé représente environ 110 Da, une protéine plus de 12 kDa, une base d'ADN environ 330 Da.