Les groupements méthyles agitent les protéines à très basse température
CEA
Les protéines sont composées d’une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés. Ces chaînes se replient, donnant aux protéines des formes complexes appelées structures tridimensionnelles au sein desquelles leurs acides aminés ont des mouvements spécifiques, qui sont nécessaires à leur bon fonctionnement. Une multitude de mouvements anime la protéine à sa température idéale, une température dite physiologique qui se situe généralement au dessus de 0°C. Pour pouvoir disséquer ces mouvements et les comprendre, il faut en diminuer le nombre en baissant la température de la protéine étudiée.
A basse température, il subsiste encore quelques mouvements au sein de la protéine. Mais lesquels ? Des chercheurs de l’IBS ont ainsi étudié les mouvements d’une protéine membranaire, la bactériorhodopsine mise à des températures autour de -150°C. Le rôle des groupements méthyles dans ces mouvements était suspecté. Pour le confirmer, les chercheurs du Laboratoire de biophysique moléculaire de l’IBS ont collaboré avec divers instituts et universités étrangères* afin de réunir les compétences et savoir faire sur plusieurs techniques allant de la diffusion de neutrons à la simulation par dynamique moléculaire, en passant par la RMN.
La diffusion neutronique consiste à bombarder la protéine avec un faisceau de neutrons qui vont interagir très fortement avec les hydrogènes de la protéine. Cette technique permet de mesurer des échanges d’énergie (entre la protéine et le faisceau de neutron) et par extension de quantifier les mouvements de la protéine étudiée. Afin d’affirmer l’implication des groupements méthyles, les chercheurs ont observé spécifiquement au sein de la bactériorhodopsine les mouvements de la lysine, un acide aminé sans méthyle. Pour cela, ils ont remplacé les atomes d’hydrogène dans les autres acides aminés par du deutérium. Ces deutériums n’interagissant plus aussi fortement avec les neutrons, seuls les acides aminés non marqués, les lysines, restent visibles à la mesure. Lors de cette expérience, une nette diminution de mouvements dans cet échantillon spécifiquement marqué a été observée par rapport à un échantillon non-marqué (figure). Autrement dit, la lysine n’est pas parcourue de mouvements contrairement au reste de la protéine.
Ces résultats, couplées à ceux obtenus par RMN et simulations par dynamique moléculaire ont confirmé que c’est bien l'absence de ces groupements méthyles dans les lysines qui est à l'origine de la baisse du signal dynamique. Les chercheurs ont ainsi pu conclure qu’à très basse température, les mouvements qui parcourent encore les protéines sont les rotations des groupements méthyles.
On peut aisément imaginer l’importance pour le fonctionnement protéique de ces mouvements de groupements méthyles, apparaissant dès les plus basses températures et s’intensifiant à mesure que la protéine se rapproche de sa température physiologique !
Figure (a) : Structure de la bactériorhodopsine dans la membrane cellulaire
Figure (b) : Lysines dans la bactériorhodopsine (en bleu)
Figure (c) : La bactériorhodopsine est animée par des mouvements à des températures aussi basses que -150°C (120 K). Les losanges rouges représentent les déplacements carrés moyens mesurés par diffusion neutronique. Ces mouvements sont diminués quand on observe spécifiquement les lysines (losanges bleu).
-------
Note
*Cette étude est le fruit d’une collaboration avec l'Institut Laue Langevin, l'Institut Bragg en Australie, l'Université de Groningen aux Pays-Bas, l'Institut Max-Planck de Biochimie en Allemagne et l'Université de Californie Irvine aux Etats-Unis.