La cryo-microscopie, une alternative à la cristallographie aux rayons X ?

Jean A. Boutin, Zhuolun Li, Laurent Vuillard, Catherine Vénien-Bryan
2016 M S.Médecine Sciences  
> De récentes avancées technologiques révolutionnent le domaine des biologistes structuralistes. Plus précisément, des progrès spectaculaires liés au développement de nouvelles technologies de capture d'images de microscope électronique (la détection directe d'électrons) ainsi que la mise à disposition de nouveaux logiciels d'analyse d'images ont conduit à une percée en terme de résolution en cryo-microscopie électronique à transmission. Il est ainsi possible de calculer relativement rapidement
more » ... des structures à haute résolution de molécules biologiques dont l'étude résiste aux méthodes plus classiques comme la diffraction des rayons X ou la résonance magnétique nucléaire (RMN). Ces structures ainsi obtenues peuvent aussi venir en complément des informations structurales déjà décrites par d'autres méthodes. Certaines de ces nouvelles structures résolues grâce à la cryo-microscopie électronique révèlent pour la première fois le fonctionnement précis de mécanismes essentiels au bon déroulement physiologique d'une cellule. La capacité à résoudre ces structures à la résolution du détail atomique est une condition essentielle pour le développement de nouveaux médicaments ayant comme cible thérapeutique ces protéines d'intérêt. Grâce à ces avancées techniques que nous résumons ici, des questions biologiques et médicales sont maintenant devenues accessibles, ce qui était inconcevable il y a seulement cinq ans. < découverte de substances actives -improprement appelées « médicaments » alors que ce ne sont que des substances bien loin d'avoir les caractéristiques qui les feront admettre par les Agences dans les pharmacopées -a bouleversé notre vision de nos métiers. Nous avons pu avoir accès à la visualisation de molécules, dont nous connaissions l'activité, en interaction statique (grâce à la co-cristallisation) puis, dans certains cas plus rares, dynamique avec leur cible (par la RMN, résonance magnétique nucléaire). Nous avons pu apporter au chimiste médicinal, qui orchestre les étapes de synthèse qui conduiront la substance active au statut de médicament, des données concrètes -et très pédagogiques -sur l'interaction entre la molécule et sa cible protéique. De très nombreux exemples de ces approches couronnées de succès émaillent la littérature. L'obtention de co-cristaux passe par une succession d'étapes délicates : construction par génie génétique de la protéine ciblée, en excluant souvent les parties trop flexibles (telles qu'elles peuvent être déterminées par prédiction de modélisation moléculaire) ; expression des protéines dans un hôte puissamment producteur, comme la bactérie ou la levure ; purification à homogénéité 1 (faute de quoi la protéine « refusera » de cristalliser) ; sélection des conditions de cristallisation (qui sont souvent strictement dépendantes de la séquence de la protéine) ; analyse de ces cristaux sur une ligne de lumière dédiée à la production de rayons X d'un synchrotron 2 ; enregistrement de la diffraction des rayons X par ce cristal ; et, enfin, interprétation de ces cartes de diffraction, ce qui permet d'accéder à une fonction appelée 1 C'est-à-dire que la protéine est pure à au moins 95 % et plus généralement, 98%. 2 Pour mémoire, un synchrotron est un grand instrument électromagnétique destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires. Voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Synchrotron. http://www.synchrotron-La fascination qu'exerce l'infiniment petit sur le biochimiste moléculaire a toujours été immense. Par exemple, dans la recherche d'inhibiteurs enzymatiques, la visualisation de l'interaction entre une molécule (naturelle ou synthétique) et sa cible protéique a été le Graal d'un grand nombre de chercheurs. L'arrivée des approches de co-cristallisation au service de la
doi:10.1051/medsci/20163208025 pmid:27615185 fatcat:zglzacv4f5dknnvujey25yssyi