Les chercheurs déterminent la structure et la dynamique des protéines à l'aide de la spectroscopie RMN (résonance magnétique nucléaire). Jusqu'à présent, cependant, des concentrations beaucoup plus élevées étaient nécessaires pour les mesures in vitro des biomolécules en solution que celles trouvées dans les cellules de notre corps. Une méthode RMN enrichie d'un amplificateur très puissant, associée à une simulation de dynamique moléculaire, permet désormais leur détection et leur caractérisation précise à des concentrations physiologiques. Ceci est rapporté par le chimiste Dennis Kurzbach de l'Université de Vienne et ses collègues dans la revue Science Advances . L'équipe a démontré sa nouvelle méthode avec l'exemple d'une protéine qui influence la prolifération cellulaire et donc aussi la croissance tumorale potentielle.

Actuellement, la spectroscopie RMN est la seule méthode permettant une description complète de la structure atomique des biomacromolécules dans leur état de solution native. Cependant, en raison de la faible sensibilité inhérente de la méthode, les échantillons doivent contenir beaucoup plus de molécules par volume que la normale physiologiquement. Pour surmonter cet écart, l'hyperpolarisation (plus précisément par Dissolution Dynamic Nuclear Polarization) peut être utilisée pour obtenir une amplification du signal de 1 000 fois dans les mesures RMN.

E-guitare contre RMN—même principe

"La spectroscopie présente certaines similitudes avec une guitare électrique :si l'amplificateur est trop faible, vous entendrez très peu si vous ne frappez pas fortement les cordes", explique Dennis Kurzbach de l'Institut de chimie biologique, "ce qui signifie que vous avez besoin de beaucoup de matériel pour voir un signal RMN. Avec le nouvel amplificateur d'hyperpolarisation, vous pouvez maintenant voir quelque chose même à faible concentration.

Les chercheurs ont réussi à mesurer des biomolécules à des concentrations aussi faibles que 1 micromole/litre (c'est-à-dire un millionième des niveaux de concentration habituels). La concentration se rapproche ainsi de celle de nos cellules. Ceci est important car les protéines peuvent réagir à des concentrations anormalement élevées. Ils ne font plus ce qu'ils sont censés faire et se comportent soudainement différemment.

De plus, une mesure de polarisation nucléaire dynamique de dissolution fournit généralement des spectres unidimensionnels, ce qui limite les informations obtenues. Pour décrire les protéines de manière exhaustive dans des conditions de concentration naturelles, les chercheurs ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire :"Nous avons également pu extrapoler l'empreinte digitale que nous avons obtenue de notre molécule via la RMN à son 'corps entier', c'est-à-dire sa structure multidimensionnelle", explique Kurzbach.

Protéine MAX significative décrite

L'intérêt de cette avancée méthodologique est démontré à l'aide du facteur de transcription ubiquitaire MAX. This protein can self-associate with various other proteins (i.e. protein dimerization). For example, MYC-MAX dimers have a great influence on the DNA copying processes in the cell.

With the new methods, MAX has been shown to adopt an undocumented conformation when concentrations approach physiological levels. "The folding spectrum of MAX is of crucial importance for working together with MYC and thus for the proliferation of healthy as well as diseased cells in the body," said ERC grantee Dennis Kurzbach, who is also deputy head of the Core Facility NMR at the Faculty of Chemistry.

The new method can help to better understand the process of cell proliferation to tumor growth and thus elucidate basic mechanisms for cancer development. This is just one of many potential fields of application for the new method—after all, thousands of proteins in our cells perform a wide variety of tasks, including digestion and regulation of DNA and RNA. + Explorer plus loin

Magnetic resonance makes the invisible visible