L’échafaudage Cryo-EM prend en charge l’imagerie de petites protéines auparavant difficiles à étudier
La cryomicroscopie électronique permet désormais de déterminer la structure atomique des protéines de petite et moyenne taille grâce à des échafaudages moléculaires qui maintiennent les protéines en place. Ces travaux pourraient contribuer à la découverte et à la conception de médicaments prometteurs en élucidant les structures protéiques qui étaient auparavant inaccessibles par cryo-EM.
Cryo-EM a remporté le prix Nobel de chimie en 2017 pour sa technologie révolutionnaire permettant d’imager la structure atomique des molécules biologiques en haute résolution. Il fonctionne en tirant un faisceau d’électrons à travers un échantillon congelé pour produire des milliers de photographies des orientations d’une molécule. Un ordinateur traite ensuite ces images pour produire une image 3D composite haute résolution d’une molécule souhaitée.
Cependant, la technique était limitée à l’imagerie de biomolécules relativement grandes avec des masses moléculaires supérieures à 50 kDa. Tout ce qui était plus petit rendait difficile la détermination claire de l’orientation d’une molécule, ce qui entraînait des images floues ou de faible résolution. Les chercheurs ont déjà essayé une solution de contournement en liant de petites protéines d’intérêt à un échafaudage plus grand afin de rendre la molécule globale suffisamment grande pour que le cryo-EM puisse obtenir une image claire. Cependant, ces tentatives ont échoué car la reliure n’était pas suffisamment rigide pour reconstruire avec précision une image haute résolution.
Aujourd’hui, Roger Castells-Graells et ses collègues du laboratoire de Todd Yeates de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) aux États-Unis ont trouvé une solution en concevant un échafaudage protéique en forme de cube doté de saillies en forme de trépied, qui fermement lier des protéines plus petites en place afin de les imager.
« La fixation rigide des petites molécules à des échafaudages plus grands crée des particules suffisamment grandes pour être visualisées et qui ont toutes exactement la même forme 3D », explique Yeates. « À partir de là, le processus fonctionne comme d’habitude pour construire l’image 3D haute résolution. » Bien que l’échafaudage soit également imagé, celui-ci peut être supprimé numériquement, ne laissant que la structure de la petite cible protéique sur l’image 3D.
Pour tester cette approche, l’équipe a entrepris d’imager des mutants d’une petite protéine de seulement 19 kDa appelée Kras, qui encourage la prolifération des cellules et est mutée dans environ 25 % des cancers humains. Les chercheurs ont découvert que leur échafaudage leur permettait d’imager Kras, qui correspondait à des structures connues précédemment déterminées par cristallographie aux rayons X. D’autres expériences ont montré comment un mutant Kras se lie à un médicament potentiel contre le cancer du poumon. Les résultats ont révélé de nouvelles informations sur une conformation de structure différente des structures radiographiques rapportées.
«Il s’agit d’une solution très élégante au problème de la limitation de taille lors de l’utilisation de la cryo-EM», commente Paul Race, biochimiste à l’université de Newcastle, au Royaume-Uni, qui utilise régulièrement la cryo-EM. «Le développement passionnant ici réside dans la généralité de l’approche: l’échafaudage peut être reconfiguré pour lier une multitude de protéines différentes.» En principe, cela pourrait donner accès à une multitude de nouvelles structures protéiques, mais il est nécessaire de tester cette approche avec une gamme aussi large que possible de protéines candidates», ajoute-t-il.
L’UCLA a maintenant déposé un brevet sur la nouvelle technique. Entre-temps, Yeates, Castells-Graells et leurs collègues ont fondé une start-up appelée AvimerBio en vue de développer des applications commerciales en collaboration avec l’industrie pharmaceutique.
