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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Suivre l’agrégation des protéines en temps réel par spectroscopie neutronique

L’agrégation des protéines en superstructures amyloïdes constitue la manifestation moléculaire d’une grande variété de maladies neurodégénératives telles que Alzheimer ou Parkinson. Il devient de plus en plus évident que des oligomères apparaissant au début de l’agrégation sont les véritables espèces toxiques, rendant ainsi les mesures résolues en temps particulièrement importantes. Bien que plusieurs méthodes résolues en temps ont été développées and appliquées pour l’étude de l’agrégation des protéines, des méthodes donnant accès à la diffusion du centre de masse et à la dynamique interne restent manquantes. Cependant, il est postulé que les changements de dynamique des protéines jouent un rôle essentiel dans l’agrégation des protéines.
Des scientifiques de l’Institut Laue-Langevin, de l’Institut de Biologie Structurale et de l’Université de Copenhague ont développé une version résolue en temps de la diffusion incohérente des neutrons sur IN16B pour suivre l’agrégation des protéines et l’ont appliqué pour étudier l’assemblage du lysozyme en ‘particulates’ en solution aqueuse. Contrairement aux attentes, la dynamique interne de la protéine sur une échelle de temps de la nano- à la picoseconde reste constante durant toute l’expérience. En revanche, la diffusion du centre de masse décroit durant le processus d’agrégation et s’explique très bien à l’aide d’une mono-exponentielle. En complémentant le résultat de neutronique par des mesures de fluorescence, de microscopie électronique, de spectroscopie infrarouge, de diffraction des rayons X en poudre et de diffusion dynamique de la lumière, une description exhaustive est proposée dans laquelle la formation de ‘particulates’ de lysozyme est un processus en une seule étape qui n’affecte pas la dynamique de la chaîne principale et des chaînes latérales de la protéine durant toute l’agrégation.
Ce travail établit une méthode d’étude pour suivre l’agrégation des protéines de manière quantitative en temps réel et au niveau moléculaire, donnant un accès simultané à la diffusion du centre de masse et à la dynamique interne, ce qui sera d’une grande aide pour répondre aux problèmes des trajectoires d’agrégation pathologiques des protéines. Cette méthode d’étude n’est pas limitée aux protéines, mais peut être appliquée aux molécules en général pour étudier une large variété de processus telles que l’auto-assemblage et l’émergence d’agrégats et de cristaux.

Tracking Internal and Global Diffusive Dynamics During Protein Aggregation by High-Resolution Neutron Spectroscopy. Pounot K, Chaaban H, Foderà V, Schirò G, Weik M, Seydel T. J.Phys.Chem.Lett. 11, 15 (2020)

Contact : Martin Weik