Des chercheurs grenoblois de l’Institut de biologie structurale Jean-Pierre Ebel (IBS) et de lnotre laboratoire viennent de développer une nouvelle méthode de marquage isotopique des protéines. Cette méthode combine des développements en chimie et en biologie. Elle permet de
marquer de façon stéréosélective certains acides aminés rendant possible l’étude structurale et dynamique d’assemblages protéiques de grande taille par
Résonance magnétique nucléaire (RMN). Une application importante sera de sonder le site actif au sein de machineries biologiques.
L’étude fonctionnelle et structurale des macromolécules biologiques est une tâche difficile compte tenu de la dimension des objets étudiés et de leur flexibilité. La spectroscopie RMN est la méthode de choix pour étudier, avec une résolution atomique, les propriétés structurales et dynamiques des macro-molécules biologiques en solution. L’utilisation de spectromètres RMN opérant à des champs magnétiques élevés a grandement amélioré la résolution des observations. Toutefois, pour permettre de repousser les frontières de cette méthode à l’analyse des assemblages biomoléculaires pouvant atteindre un
megaDalton, il est nécessaire d’avoir recours à une technique de marquage isotopique des protéines. Avec cette technique, 100 % des atomes naturels d’hydrogène contenus dans les protéines sont dans un premier temps remplacés par du deutérium. Dans un deuxième temps quelques atomes de deutérium, placés dans des positions particulières de la protéine sont à l’inverse remplacé par de l’hydrogène. Cette technique permet de simplifier l’analyse de la structure en regardant uniquement les atomes d’hydrogène d’intérêt.
Les chercheurs de l’IBS et de notre laboratoire ont développé un protocole permettant d’incorporer des groupes méthyls
13CH3 de façon stéréosélective dans les acides aminés Leucine et Valine des protéines, directement lors de leur synthèse. Ce procédé de marquage qui allie synthèse organique et biotransformation enzymatique, a nécessité la mise en place et l’optimisation de modes de synthèse organiques permettant de produire différents précurseurs spécifiquement enrichis en isotopes stables - deutérium et en
13C. Ce marquage augmente considérablement la qualité des données RMN et constitue une base simple et efficace pour l’application des techniques RMN à des édifices supramoléculaires complexes.
Protonation stéréosélective : Dans les protéines les leucines et les valines possèdent en bout de chaînes deux méthyls. La protonation sera stéréosélective si elle permet d’introduire spécifiquement des protons dans un seul de ces méthyles.
Résonance Magnétique Nucléaire : phénomène par lequel un noyau de l'atome considéré absorbe les rayonnements électromagnétiques d'une fréquence spécifique en présence d'un fort champ magnétique. Ses applications concernent la physique, la chimie, l’imagerie médicale et la biologie structurale. L’IBS est labellisé plate-forme nationale et européenne d’accueil pour la RMN très haut champ.
MegaDalton : Le Dalton est avec une assez bonne précision, la masse d’un atome d’hydrogène. Un acide aminé d’une protéine représente environ 110 Da, un assemblage d’ 1 megaDalton contient environ 9 000 acides aminés.