La danse des molécules d’eau à la surface des protéines solubles leur permet d’être dynamiques et biologiquement actives. Étonnamment, des polymères attachés à une surface d’une protéine peuvent remplacer cette eau d’hydratation et garantissent le maintien de l’activité macromoléculaire. Le mécanisme par lequel les polymères se substituent à l’eau d’hydratation vient d’être découvert par des chercheurs du groupe DYNAMOP à l’IBS, en collaboration avec des collègues des Universités de Californie Irvine, de Bordeaux, de Bristol et de Perugia, ainsi que le Heinz-Maier Leibnitz Zentrum à Garching. La combinaison de spectroscopie neutronique et de simulations par dynamique moléculaire a mis en lumière les mouvements qui animent ce nano-hybride protéine-polymère en absence d’eau. La séparation de la dynamique interne des polymères et de la protéine a été possible à travers une deutération sélective, qui consiste à remplacer des atomes d’hydrogène par des atomes de deutérium. Les chercheurs ont alors observé que les mouvements internes des polymères et des protéines sont qualitativement très similaires. A contrario la dynamique de l’eau est de nature très différente : des mouvements dits segmentaux des polymères substituent les mouvements translationnels des molécules d’eau à la surface de la protéine. Même si cette substitution permet à une protéine de rester fonctionnelle en l’absence d’eau, certains modes dynamiques semblent être supprimés dans la protéine. Ceci pourrait expliquer une certaine baisse de l’activité protéique observée dans les nano-hybrides polymère-protéine. Le travail réalisé indique des pistes pour modifier les polymères de telle façon à minimiser cette baisse, ce qui sera particulièrement important pour l’utilisation des nano-hybrides par les industries pharmaceutiques et cosmétiques.
Diffusive-like motions in a solvent free protein-polymer hybrid. Schirò G, Fichou Y, Brogan APS, Sessions R, Lohstroh W, Zamponi M, Schneider GJ, Gallat F-X, Paciaroni A, Tobias DJ, Perriman A, Weik M. Physical Review Letters 126, 088102
Contacts : Martin Weik, chercheur CEA de l’IBS et Giorgio Schirò, chercheur CNRS de l’IBS - Groupe Dynamique et Cinétique des processus moléculaires