Diversité méthodologique au plus haut niveau technologique

Contrairement aux plaques typiques de la maladie découverte par Alois Alzheimer il y a plus de 100 ans, la structure fibrillaire maintenant découverte ne peut pas être observée directement au microscope optique. Il a fallu plus d'un an pour analyser les données que les scientifiques avaient obtenues à l'aide de l'installation de cryomicroscopie électronique de l'Université de Maastricht. De plus, des mesures utilisant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à l'état solide et des expériences de diffraction des rayons X ont permis de compléter et de soutenir pleinement l'image de la structure des fibrilles et de valider les données obtenues.

"Les images individuelles en cryomicroscopie électronique sont généralement extrêmement bruyantes car les protéines sont très sensibles au rayonnement électronique et les images ne peuvent être générées qu'avec une très faible intensité de rayonnement, " explique Jun.-Prof. Gunnar Schröder. À l'aide d'une procédure assistée par ordinateur, il a combiné des milliers d'images individuelles et en a ainsi extrait des données structurelles à haute résolution.

"C'est une étape qui peut être très compliquée si l'échantillon est constitué de fibrilles de formes différentes. Dans le passé, c'était presque toujours le cas des fibrilles amyloïdes et représentait l'un des obstacles majeurs à l'analyse. Cependant, nous avions maintenant un spécimen assez unique avec des fibrilles très homogènes - 90 pour cent d'entre elles avaient la même forme et la même symétrie, " dit Schröder.

Le Dr Lothar Gremer a réussi à produire le spécimen de fibrilles. "L'étape cruciale était de retarder considérablement la croissance des fibrilles dans l'échantillon, de quelques heures à plusieurs semaines. Ainsi, les molécules Aβ individuelles ont eu suffisamment de temps pour s'organiser en fibrilles homogènes d'une manière très uniforme et hautement ordonnée, " dit Gremer, qui a lancé et coordonné l'étude.

Les investigations de l'échantillon de fibrilles par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état solide ont fourni des données supplémentaires pour construire le modèle et ont aidé à valider la structure. "La RMN nous a permis d'obtenir des informations supplémentaires telles que les résidus d'acides aminés formant des ponts salins, améliorant ainsi la stabilité des fibrilles, " explique le professeur Henrike Heise. Des expériences de diffraction des rayons X supervisées par le professeur Jörg Labahn au Centre de biologie des systèmes structurels à Hambourg ont également confirmé les résultats.

La microscopie cryoélectronique est une méthode de recherche relativement nouvelle pour déterminer la structure des molécules de protéines. Autrefois, les scientifiques ont principalement utilisé la cristallographie aux rayons X et la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire. En 2015, La cryomicroscopie électronique a été élue méthode de recherche de l'année par la revue Méthodes naturelles . Avec la méthode établie de longue date de cristallographie aux rayons X, les protéines doivent d'abord être converties en une forme cristalline, alors qu'avec la cryo-microscopie électronique et aussi la spectroscopie RMN, les éléments constitutifs des protéines peuvent être étudiés dans leur état naturel. Dans le cas de la cryomicroscopie électronique, les spécimens sont d'abord dissous dans l'eau, puis flash gelé, et finalement étudié au microscope électronique. Cette méthode présente des avantages particuliers lorsqu'il s'agit d'étudier de grandes structures composées de centaines ou de milliers de protéines.

La mise en place d'une installation de cryomicroscopie électronique à haute résolution pourrait donner aux scientifiques de Jülich l'opportunité d'étudier des molécules biologiques. En plus de la recherche fondamentale, L'Institut des systèmes complexes de Jülich (ICS-6) développe également une nouvelle stratégie de traitement avec son propre candidat-médicament.