Une nouvelle méthode d’analyse des cristaux de protéines – développée par des chercheurs de l’Université Cornell et dotée d’un nom funky en deux parties – pourrait ouvrir des applications pour la découverte de nouveaux médicaments et d’autres domaines de la biotechnologie et de la biochimie.
Le développement, décrit dans un article publié le 3 mars dans Communication Nature, fournit aux chercheurs les outils nécessaires pour interpréter les données autrefois ignorées des expériences de cristallographie aux rayons X, une méthode essentielle utilisée pour étudier les structures des protéines. Ces travaux, qui s’appuient sur une étude publiée en 2020, pourraient conduire à une meilleure compréhension du mouvement, de la structure et de la fonction globale d’une protéine.
La cristallographie des protéines produit des points lumineux, appelés pics de Bragg, à partir des cristaux, fournissant des informations à haute résolution sur la forme et la structure d’une protéine. Ce processus capture également des images floues – des motifs et des nuages liés au mouvement et aux vibrations des protéines – cachés dans l’arrière-plan des pics de Bragg.
Ces images d’arrière-plan sont généralement ignorées, la priorité étant donnée à l’imagerie lumineuse du pic de Bragg qui est plus facilement analysée.
« Nous savons que ce modèle est lié au mouvement des atomes de la protéine, mais nous n’avons pas pu utiliser cette information », a déclaré l’auteur principal Steve Meisburger, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Nozomi Ando, professeur agrégé. de chimie et de biologie chimique au Collège des arts et des sciences. « L’information est là, mais nous ne savions pas comment l’utiliser. Maintenant, nous le savons. »
Meisburger a travaillé en étroite collaboration avec Ando pour développer le flux de travail robuste pour décoder les faibles signaux de fond des expériences de cristallographie appelées diffusion diffuse. Cela permet aux chercheurs d’analyser la diffusion totale des cristaux, qui dépend à la fois de la structure de la protéine et du flou subtil de ses mouvements.
Leur méthode en deux parties, que l’équipe a surnommée GOODVIBES et DISCOBALL, fournit simultanément une structure à haute résolution de la protéine et des informations sur ses mouvements atomiques corrélés.
GOODVIBES analyse les données des rayons X en séparant les mouvements – les vibrations subtiles – de la protéine des autres protéines qui pourraient se déplacer autour d’elle. DISCOBALL valide indépendamment ces mouvements pour certaines protéines directement à partir des données, permettant aux chercheurs de faire confiance aux résultats de GOODVIBES et de comprendre ce que la protéine pourrait faire.
Ando a déclaré que bien que le potentiel d’utilisation de la diffusion diffuse soit reconnu depuis longtemps, le fait de mesurer avec précision le signal subtil tout en traitant les données pour quelque chose d’utile a été très difficile à faire.
« Il est beaucoup plus gourmand en calculs à analyser que d’essayer d’analyser uniquement les données de cristallographie », a déclaré Ando. « Nous avons beaucoup plus de données à traiter en diffusion diffuse, car nous regardons partout en même temps, et le signal est également très nuancé. »
L’objectif primordial, a déclaré Ando, est de transformer GOODVIBES et DISCOBALL en une véritable technique structurelle pouvant être utilisée par les chercheurs des synchrotrons du monde entier.
« Il y a beaucoup d’intérêt dans les domaines de la biologie structurale et de la biochimie pour utiliser ce signal », a déclaré Ando. « Nous n’étions pas satisfaits de simplement comprendre ce qui est contenu dans le signal ; il était vraiment important pour nous de passer à l’étape suivante de la création des outils et de rendre GOODVIBES et DISCOBALL disponibles pour que d’autres utilisent ces outils et testent leurs hypothèses. »
Ces méthodes ont été développées à l’aide de protéines de lysozyme collectées à la Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS); le groupe Ando reviendra à CHESS ce printemps pour collaborer avec Meisburger, maintenant un scientifique du CHESS, sur des structures protéiques plus complexes en utilisant leur nouvelle méthode.
En isolant les signaux de mouvement internes des données de diffusion totale de ces protéines complexes, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur la façon dont les protéines se déplacent et interagissent avec d’autres molécules importantes. Ces informations peuvent être utilisées pour concevoir de nouveaux médicaments et thérapies qui ciblent des protéines spécifiques.
Plus d’information:
Steve P. Meisburger et al, Flux de travail robuste de diffusion totale des rayons X pour étudier le mouvement corrélé des protéines dans les cristaux, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-36734-3