La protéine, capturé dans un morceau de verre extrêmement fin - environ 50 nanomètres de diamètre, est tranché, atome par atome, à l'aide d'un champ électrique. Il est ensuite analysé par Atom Probe Tomography, et la structure 3D est recréée sur un ordinateur. Crédit :Petit :Volume 15, Numéro 24, Tomographie par sonde atomique pour l'analyse structurelle et chimique 3D de protéines individuelles Gustav Sundell, Tapis Hulander, Astrid Pihl, Martin Andersson Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA. Reproduit avec autorisation.
Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont développé une méthode unique pour étudier les protéines qui pourrait ouvrir de nouvelles portes pour la recherche médicale. En capturant des protéines dans une nano-capsule en verre, les chercheurs ont pu créer un modèle unique de protéines dans des environnements naturels. Les résultats sont publiés dans la revue scientifique, Petit .
Les protéines recherchent des cibles et effectuent de nombreuses tâches différentes nécessaires à la survie et aux fonctions des cellules. Cela les rend intéressantes pour le développement de nouveaux médicaments, en particulier les protéines qui siègent dans la membrane cellulaire, et régissent quelles molécules sont autorisées à entrer dans la cellule et lesquelles ne le sont pas. Cela signifie que comprendre le fonctionnement de ces protéines est un défi important afin de développer des médicaments plus avancés. Mais ce n'est pas une mince affaire :de telles protéines sont très complexes. Aujourd'hui, plusieurs méthodes différentes sont utilisées pour l'imagerie des protéines, mais aucune méthode n'offre une solution complète au défi d'étudier les protéines membranaires individuelles dans leur environnement naturel.
Un groupe de recherche de l'Université de technologie Chalmers, sous la direction de Martin Andersson au Département de chimie et de génie chimique, a maintenant utilisé avec succès la tomographie par sonde atomique pour imager et étudier les protéines. La tomographie par sonde Atom existe depuis un certain temps, mais n'a pas été utilisé auparavant de cette manière, mais plutôt pour étudier les métaux et autres matériaux durs.
« C'est dans le cadre d'une étude des surfaces de contact entre le squelette et les implants que nous avons découvert que nous pouvions distinguer des matériaux organiques dans l'os avec cette technique. Cela nous a donné l'idée de développer davantage la méthode pour les protéines, " dit Martin Andersson.
Le défi consistait à développer une méthode permettant de conserver les protéines intactes dans leur environnement naturel. Les chercheurs y sont parvenus en encapsulant la protéine dans un morceau de verre extrêmement fin, seulement environ 50 nanomètres de diamètre (un nanomètre équivaut à 1 millionième de millimètre.) Ils ont ensuite découpé la couche la plus externe du verre à l'aide d'un champ électrique, libérer la protéine atome par atome. La protéine pourrait ensuite être recréée en 3-D sur un ordinateur.
Les résultats de l'étude ont été vérifiés par comparaison avec des modèles tridimensionnels existants de protéines connues. À l'avenir, les chercheurs affineront la méthode pour améliorer la vitesse et la précision.
Martin Andersson. Crédit :Johan Bodell/Université de technologie de Chalmers
La méthode est révolutionnaire à plusieurs égards. En plus de modéliser la structure tridimensionnelle, il révèle simultanément la composition chimique des protéines.
"Notre méthode offre beaucoup de bonnes solutions et peut être un complément fort aux méthodes existantes. Il sera possible d'étudier comment les protéines sont construites au niveau atomique, " dit Andersson.
Avec cette méthode, potentiellement toutes les protéines peuvent être étudiées, quelque chose qui n'est actuellement pas possible. Aujourd'hui, seulement environ un pour cent des protéines membranaires ont été analysées structurellement avec succès.
« Avec cette méthode, nous pouvons étudier des protéines individuelles, contrairement aux méthodes actuelles qui étudient un grand nombre de protéines et créent ensuite une valeur moyenne, " dit Gustav Sundell, chercheur dans le groupe de recherche d'Andersson.
Avec la tomographie par sonde atomique, des informations sur la masse d'un atome peuvent également être dérivées.
"Parce que nous collectons des informations sur les masses des atomes dans notre méthode, cela signifie que nous pouvons mesurer le poids. On peut alors, par exemple, créer des tests où les molécules médicinales sont combinées avec différents isotopes, ce qui leur donne des masses différentes, ce qui les rend distinguables dans une étude. Elle doit contribuer à accélérer les processus de construction et de test de nouveaux médicaments, " dit Mats Hulander, un chercheur dans le groupe d'Andersson.
