Journal de chimie physique et biophysique
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Abstrait

Structure moléculaire unique à haute résolution révélée par microscopie électronique et tomographie électronique à particules individuelles

Lei Zhang et Gang Ren

La protéine est naturellement dynamique et hétérogène en solution. La dynamique des protéines implique à la fois des fluctuations d'équilibre qui régulent la fonction biologique et d'autres effets de non-équilibre des moteurs biologiques, qui convertissent l'énergie chimique en énergie mécanique. Cependant, une structure unique et unique de protéine déterminée à partir de cristaux à rayons X et de la microscopie électronique à particules simples conventionnelles ne suffit pas à englober la nature dynamique des protéines en solution. La détermination de la structure d'une protéine dynamique et hétérogène nécessite essentiellement la détermination de chaque particule individuelle de protéine. Récemment, les Dr Gang Ren et Lei Zhan ont publié les premières images EM tridimensionnelles (3D) d'une seule molécule de protéines individuelles jamais obtenues avec suffisamment de clarté pour déterminer leur structure, un anticorps IgG (résolution de 14 Å) et un HDL de 17 nm (résolution de 36 Å). Français Ces résultats s'appuient sur quatre innovations : i) l'amélioration de la préparation des échantillons par cryomicroscopie électronique (cryoEM) et des conditions de fonctionnement de la microscopie électronique (EM) a permis l'imagerie réussie d'une particule HDL de 17 nm (120-200 kDa) par cryotomographie électronique (cryoET) ; ii) le développement d'un protocole NS optimisé (OpNS) qui élimine l'artefact de rouleau qui a entravé la recherche EM pendant trois décennies. Ce protocole OpNS fournit des images de lipoprotéines uniques à contraste élevé avec une taille (< 5 %) et une forme (< 5 %) similaires à celles observées par cryoEM ; iii) le développement d'un protocole de préparation d'échantillons à haute résolution et à contraste élevé, la coloration cryo-positive (cryoPS) qui permet la visualisation directe de la structure secondaire d'une petite protéine, comme les brins β dans la CETP et la double ceinture hélicoïdale de l'apoA-I dans les HDL sphériques ; iv) a développé une méthode de reconstruction tomographique robuste, la tomographie électronique à particules individuelles (IPET), qui est une méthode de reconstruction à haute résolution et à haut débit qui, à notre connaissance, est la seule méthode permettant de déterminer la structure d'une protéine individuelle. Il est remarquable que l'IPET soit allée à l'encontre de l'idée reçue selon laquelle une protéine unique ne peut PAS être reconstruite par EM, ce qui ouvre la voie à l'étude de la dynamique des protéines via une comparaison structurelle particule par particule.