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Un nouveau couteau suisse pour connaître la structure des protéines : le Crystallophore

Structure du coenzyme F420-H2 oxidase (FprA)
Communiqué de presse / Publication
Résumé

Publication des travaux du Laboratoire de chimie à l’ENS de Lyon dans la revue Chemistry - A European Journal.

Description

Déterminer la structure tridimensionnelle des protéines est un enjeu essentiel pour comprendre leur mode de fonctionnement. Une fois leur forme connue, il est plus facile de concevoir des médicaments capables de s’y associer pour réguler leur action en cas de dysfonctionnement. Le Crystallophore, un complexe de lanthanide, combine simultanément trois effets différents qui permettent tous de faciliter ce travail de cartographie extrêmement complexe.  Alors que l’obtention de cristaux, étape préliminaire, est souvent une pierre d’achoppement, le Crystallophore vient jouer le rôle de glu à l’échelle moléculaire – facilitant ainsi énormément l’obtention de cristaux de grande qualité. Ce travail extrêmement prometteur a été mené par un groupement de chercheurs lyonnais (Laboratoire de chimie de l’ENS de Lyon), grenoblois (Institut de Biologie Structurale) et allemands (Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology, Marburg).

La cristallographie des protéines est une thématique en pleine expansion : elle permet de visualiser la structure tridimensionnelle de ces machines extrêmement complexes regroupant jusqu’à plusieurs milliers d’atomes. À partir de la structure, il est alors possible de concevoir des médicaments capables de s’y imbriquer afin de réguler leur activité en cas de dysfonctionnement. Si cette démarche peut sembler simple sur le papier, elle se heurte de plein fouet à deux verrous essentiels :

  1. l’obtention de cristaux de bonne qualité ;

  2. pouvoir déterminer la structure à partir des données récoltées par diffraction des rayons X (problème des phases).

Pour surmonter la première difficulté, des efforts technologiques colossaux ont été consacrés pour robotiser et miniaturiser la cristallisation tandis que l’accent a été mis sur l’utilisation de grands instruments (synchrotron, laser XFEL, etc) pour surmonter la seconde. Le projet Ln23 (Hélène de Troie) – en référence au célèbre cheval responsable de la chute de la forteresse imprenable – a aboutit à la synthèse d’un complexe de terbium baptisé Crystallophore (ou Tb-Xo4) qui permet, lui, de surmonter ces deux obstacles au lieu de s’en accommoder.

Structure du coenzyme F420-H2 oxidase (FprA)
Structure du coenzyme F420-H2 oxidase (FprA) from Methanothermococcus thermolithotrophicus obtenue grâce à l’utilisation du Crystallophore illustrant la grande versatilité de ce complexe. Les agrandissements illustrent les interactions supramoléculaires mises en jeu, les cristaux obtenus dans les gouttes de cristallisation et la structure moléculaire du complexe. ©François Riobé

Ce composé combine simultanément trois effets : un effet nucléant qui permet de favoriser la cristallisation des protéines; un effet phasant qui facilite fortement la détermination de leur structure; un effet luminescent permettant une identification aisée des cristaux. Ces trois fonctions sont dues à l’utilisation simultanée d’un atome lourd et d’un ligand qui donne une forme particulière au complexe. Une étude structurale et théorique menée sur six protéines différentes a pu montrer la très grande polyvalence du Crystallophore. En effet, il peut conduire à de nombreux types d’interactions avec différents motifs récurrents au sein des protéines. Tous ces modes d’interaction favorisent la formation de cristaux de grande qualité et permettent in fine la détermination de la structure. Ce complexe, véritable couteau-suisse multi-fonction, apporte ainsi une réponse à deux difficultés essentielles tout en permettant un gain de temps conséquent dans l’obtention de structures protéiques. Ces résultats ont été brevetés et le Crystallophore est commercialisé, des travaux sont en cours pour mieux comprendre le rôle de colle moléculaire du Crystallophore et élargir encore ses champs d’application.

Source : Sylvain Engilberge, François Riobé, Tristan Wagner, Sebastiano Di Pietro, Cécile Breyton, Bruno Franzetti, Seigo Shima, Eric Girard, Elise Dumont, Olivier Maury. Unveiling the binding modes of the crystallophore, a terbium-based nucleating and phasing molecular agent for protein crystallography. Chem. Eur. J.  DOI :10.1002/chem.201802172

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