Nouvelle méthode pour étudier les métalloprotéines sensibles à l'oxygène

Les métalloprotéines sont des protéines spéciales qui contiennent des ions métalliques, ce qui les aide à accomplir des tâches essentielles dans notre corps et dans l'environnement. Ces protéines jouent un rôle vital dans divers processus biologiques comme le transport des électrons dans les mitochondries, la photosynthèse chez les plantes et la fixation de l'azote chez les bactéries. Comprendre comment ces métalloprotéines fonctionnent et leur structure est super important car beaucoup d'entre elles sont sensibles à l'exposition à l'oxygène. Quand ces protéines sont exposées à l'oxygène, ça peut changer leur fonction ou même les endommager.

#Défis avec la caractérisation structurelle

Pour étudier les structures des métalloprotéines sensibles à l'oxygène, les scientifiques utilisent souvent une technique appelée cristallographie aux rayons X. Cependant, cette méthode a des limites. Quand ces protéines sont exposées à l'oxygène pendant le processus de cristallisation, ça peut donner des résultats inexactes. Pour éviter ça, les chercheurs doivent créer des environnements spéciaux pour faire pousser des cristaux sans oxygène, ce qui peut être complexe et long.

Les avancées récentes en microscopie électronique cryogénique (CryoEM) montrent du potentiel comme méthode alternative pour étudier ces protéines sensibles. La cryoEM permet aux scientifiques de capturer des images des protéines dans leur état naturel, même pendant les réactions, sans avoir besoin de cristallisation.

#Le rôle de la cryoEM

La cryoEM a gagné en popularité ces dix dernières années grâce aux avancées technologiques dans les microscopes et les techniques de traitement des données. Bien que ça se soit beaucoup amélioré, préparer des échantillons pour la cryoEM peut toujours être un défi, surtout pour les protéines sensibles à l'oxygène. Quand ces protéines sont préparées pour l'imagerie, l'exposition à l'oxygène peut mener à l'oxydation, à la perte d'activité et à la dénaturation des protéines.

Pour aider à résoudre ces défis, les chercheurs ont développé de nouveaux flux de travail pour préparer ces échantillons d'une manière qui minimise leur exposition à l'oxygène. Une de ces méthodes utilise un appareil appelé SPT Labtech chameleon, qui automatise le processus de préparation de grilles pour la cryoEM tout en utilisant des stratégies de protection pour éloigner les échantillons sensibles de l'oxygène.

#Nouveau flux de travail pour la préparation d'échantillons (an)aérobiques

Le nouveau flux de travail implique l'utilisation du dispositif SPT Labtech chameleon pour préparer des échantillons de protéines sensibles à l'oxygène. Ce processus est conçu pour maintenir des conditions anaérobies, ce qui signifie que les échantillons sont protégés de l'exposition à l'oxygène pendant la préparation et le congélation.

Dans ce flux de travail, l'échantillon de protéine est placé dans une tasse spéciale et recouvert d'une couche de protection en huile qui empêche l'oxygène de contaminer l'échantillon. La tasse est ensuite transférée au dispositif chameleon pour la préparation de la grille. En mettant en œuvre cette couche d'huile protectrice et en contrôlant l'environnement pendant la préparation de l'échantillon, les chercheurs peuvent obtenir des images cryoEM de haute qualité des protéines sensibles à l'oxygène.

#Démonstration du flux de travail avec l'Hémoglobine humaine

Pour tester le nouveau flux de travail, les scientifiques ont utilisé l'hémoglobine humaine (Hb) comme système modèle. L'hémoglobine est une protéine dans les globules rouges qui transporte l'oxygène dans le corps. Elle peut exister sous différentes formes, selon qu'elle est liée à l'oxygène ou pas.

Dans l'étude, les chercheurs ont préparé plusieurs échantillons d'hémoglobine avec différentes concentrations de dithionite de sodium (NaDT), un produit chimique qui aide à maintenir des conditions anaérobies. En contrôlant soigneusement la concentration de NaDT et le temps d'exposition des échantillons à l'air, ils ont pu déterminer les structures de l'hémoglobine dans divers états d'oxydation en utilisant la cryoEM.

#Résultats des études sur l'hémoglobine

Les chercheurs ont observé qu'avec de faibles concentrations de NaDT, les molécules d'hémoglobine étaient essentiellement liées à l'oxygène. En revanche, en augmentant la concentration de NaDT, ils ont observé des structures plus complexes, y compris des formes partiellement oxygénées. En fin de compte, à des concentrations très élevées de NaDT, ils ont pu préparer de l'hémoglobine complètement désoxygénée, montrant l'efficacité de leur flux de travail dans le maintien des conditions anaérobies.

#Exploration de la protéine fer-molybdène

Après avoir réussi à utiliser le flux de travail avec l'hémoglobine, les chercheurs se sont tournés vers la protéine fer-molybdène (MoFeP), qui joue un rôle crucial dans la conversion de l'azote atmosphérique en ammoniaque, un processus clé en agriculture et dans la nature.

La MoFeP est sensible à l'oxygène, et les méthodes traditionnelles pour préparer ces échantillons peuvent mener à l'oxydation et à la perte de fonction. En utilisant le nouveau flux de travail (an)aérobie, les chercheurs ont cherché à capturer des images de haute résolution de MoFeP dans son état entièrement réduit, sans dommages dus à l'oxygène.

#Résultats avec MoFeP

Quand les chercheurs ont préparé des grilles cryoEM de la MoFeP réduite sans mesures de protection, ils ont trouvé des preuves d'oxydation dans la structure de la protéine. Cependant, quand ils ont utilisé le flux de travail (an)aérobique, ils ont pu capturer une structure bien préservée de la MoFeP réduite, indiquant le succès de leur méthode pour prévenir l'exposition à l'oxygène pendant la préparation.

#Importance des découvertes

Le développement de ce nouveau flux de travail a des implications significatives pour l'étude des protéines sensibles à l'oxygène. En permettant aux chercheurs de préparer des échantillons en dehors des environnements anaérobies tout en maintenant leur fonction, cette méthode ouvre de nouvelles opportunités pour explorer une large gamme de métalloprotéines et leurs rôles dans les processus biologiques.

#Conclusion

Les avancées dans les techniques cryoEM et le développement d'une méthode de préparation d'échantillons (an)aérobique fournissent un outil précieux pour les scientifiques étudiant les métalloprotéines. Ces méthodes aident à améliorer notre compréhension globale des processus biologiques importants et pourraient mener à d'autres découvertes dans divers domaines, y compris la médecine, l'agriculture et les sciences de l'environnement.

Avec la recherche continue et les améliorations, la capacité de visualiser et de comprendre les structures des protéines sensibles à l'oxygène continuera d'avancer, enrichissant notre connaissance de leur fonction et de leur pertinence dans les organismes vivants.