Souvent considérés comme les chevaux de bataille du corps, les protéines sont parmi les biomolécules les plus importantes essentielles aux processus vitaux. Ils fournissent une base structurelle pour les cellules et les tissus et effectuent un éventail vertigineux de tâches, de métaboliser l'énergie et d'aider les cellules à communiquer entre elles, à défendre le corps contre les agents pathogènes et à guider la division et la croissance cellulaires.

Parce que le dysfonctionnement des protéines est impliqué dans tant de maladies graves, Les protéines sont les cibles principales de la plupart des médicaments thérapeutiques.

Dans une nouvelle étude, Shaopeng Wang et ses collègues décrivent une méthode pour examiner les protéines dans les moindres détails. Pour faire ça, son groupe utilise intelligemment un phénomène connu sous le nom de résonance plasmonique de surface (SPR), en l'intégrant dans un type de microscope innovant.

Alors que la SPR a été une technique puissante pour enquêter sur le monde des très petits, y compris les interactions des bactéries et des virus, l'étude marque la première occasion où la SPR a été utilisée avec succès pour imager des molécules uniques, dans ce cas, protéines. La nouvelle méthode est connue sous le nom de microscopie à diffusion de plasmons.

Selon Wang :« La course au développement de cette technologie a en fait commencé il y a 20 ans. Avec l'auteur principal NJ Tao, le groupe a calculé qu'une forme modifiée de SPR devrait avoir la sensibilité nécessaire pour résoudre des protéines uniques, bien que de nombreux travaux préparatoires aient été nécessaires pour en faire une réalité.

Wang est chercheur au Biodesign Center for Bioelectronics and Biosensors. La nouvelle recherche apparaît dans l'ajout en ligne avancé de la revue Méthodes naturelles . Pengfei Zhang, un post-doctorat au centre, est l'auteur principal de l'article.

L'utilisation de la SPR permet aux chercheurs d'étudier la dynamique des protéines de surface cellulaire - cibles principales pour la conception de médicaments - qui sont particulièrement difficiles à observer en utilisant la cristallographie aux rayons X ou la spectroscopie RMN, les deux techniques conventionnelles habituellement utilisées pour caractériser les protéines.

Mais qu'est-ce qu'un plasmon de surface ? "Une propriété du métal est que vous avez beaucoup d'électrons libres, " Wang dit, se référant aux électrons non liés aux atomes. "Lorsque la condition de la lumière incidente sur ces électrons est juste, l'énergie de la lumière fait résonner ces électrons. Ces électrons oscillants produisent une onde à travers la surface métallique. C'est la résonance plasmonique de surface."

Afin de détecter la liaison d'une molécule d'analyte (comme une protéine) à une molécule de récepteur à l'aide de la SPR, la molécule réceptrice est généralement immobilisée sur la surface du capteur et la molécule d'analyte est ajoutée à une solution aqueuse. La lumière polarisée est généralement dirigée sous la surface d'un mince film d'or, où les plasmons de surface sont générés à un angle particulier de la lumière incidente. Le confinement superficiel de la lumière par le plasmon de surface est vu comme une diminution de l'intensité de la lumière réfléchie.

Lorsque les molécules de protéines se lient à des molécules réceptrices immobilisées, l'indice de réfraction à la surface de l'or change, modifier l'état de résonance des plasmons de surface et produire une augmentation de l'intensité du signal.

Pour affiner et calibrer le système, les chercheurs ont d'abord observé des événements de liaison à l'aide de nanoparticules de polystyrène, dont la taille peut être contrôlée avec précision. Les nanoparticules ont également l'avantage de produire un contraste plus élevé, facilitant leur détection par SPR. L'utilisation de nanoparticules de plus en plus petites a permis au groupe d'atteindre les dimensions minuscules d'une protéine biologique.

Pour obtenir une résolution aussi impressionnante, les chercheurs ont utilisé une variante de la technique SPR, détecter la lumière sur les événements de liaison aux protéines d'en haut, plutôt qu'en dessous, qui élimine considérablement le bruit de fond, produire une image nette. Parce que les protéines liées diffusent la lumière SPR dans toutes les directions, la détection par le haut évite la lumière réfléchie, améliorant considérablement la qualité de l'image.

Wang compare l'effet à voir des étoiles sur le fond du rideau de ténèbres, tandis que les étoiles sont invisibles à l'œil sur le fond bruyant de la lumière du jour. La détection de protéines isolées peut être réalisée sans source lumineuse très puissante, étant donné que SPR produit une forte amélioration du champ lumineux près de la surface du capteur, clarifier le signal protéique.

En se concentrant sur l'affinité de liaison aux protéines, l'un des paramètres clés critiques pour la conception de plus sûr, médicaments plus efficaces, la nouvelle technique SPR devrait avoir un bel avenir dans le domaine biomédical et apporter un nouvel éclairage sur les questions fondamentales à l'échelle moléculaire.