Un nouveau marquage isotopique pour l`étude des assemblages

(miniature) Un nouveau marquage isotopique pour l’étude
des assemblages biomoléculaires
Des chercheurs grenoblois de l’Institut de biologie structurale Jean-Pierre Ebel (IBS) et de
l’Institut de recherches en technologies et sciences pour le vivant (iRTSV) viennent de développer
une nouvelle méthode de marquage isotopique des protéines. Cette méthode combine des
développements en chimie et en biologie. Elle permet de marquer de façon stéréosélective1
certains acides aminés. Cela rend possible l’étude structurale et dynamique d’assemblages
protéiques de grande taille par Résonnance magnétique nucléaire (RMN2). Une application
importante sera de sonder le site actif au sein de machineries biologiques.
L’étude fonctionnelle et structurale des macromolécules biologiques est une tâche difficile compte tenu
de la dimension des objets étudiés et de leur flexibilité. La spectroscopie RMN est la méthode de choix
pour étudier, avec une résolution atomique, les propriétés structurales et dynamiques des
macromolécules biologiques en solution. L’utilisation de spectromètres RMN opérant à des champs
magnétiques élevés a grandement amélioré la résolution des observations. Toutefois, pour permettre de
repousser les frontières de cette méthode à l’analyse des assemblages biomoléculaires pouvant atteindre
un mégaDalton3, il est nécessaire d’avoir recours à une technique de marquage isotopique des protéines.
Avec cette technique, 100 % des atomes naturels d’hydrogène contenus dans les protéines sont dans un
premier temps remplacés par du deutérium. Dans un deuxième temps quelques atomes de deutérium,
placés dans des positions particulières de la protéine sont à l’inverse remplacé par de l’hydrogène. Cette
technique permet de simplifier l’analyse de la structure en regardant uniquement les atomes d’hydrogène
d’intérêt.
Les chercheurs de l’IBS et de l’iRSTV ont développé un protocole permettant d’incorporer des
groupes méthyls 13CH3 de façon stéréosélective dans les acides aminés Leucine et Valine des protéines,
directement lors de leur synthèse. Ce procédé de marquage qui allie synthèse organique et
biotransformation enzymatique, a nécessité la mise en place et l’optimisation de modes de synthèse
organiques permettant de produire différents précurseurs spécifiquement enrichis en isotopes stables -
deutérium et en carbone-13. Ce marquage augmente considérablement la qualité des données RMN et
constitue une base simple et efficace pour l’application des techniques RMN à des édifices
supramoléculaires complexes.
1Protonation Stéréosélective : Dans les protéines les leucines et les valines possèdent en bout de chaînes deux
méthyles. La protonation sera stéréosélective si elle permet d’introduire spécifiquement des protons dans un seul de
ces méthyles.
2 Résonance Magnétique Nucléaire : phénomène par lequel un noyau de l'atome considéré absorbe les
rayonnements électromagnétiques d'une fréquence spécifique en présence d'un fort champ magnétique. Ses
applications concernent la physique, la chimie, l’imagerie médicale et la biologie structurale. L’IBS est labellisé
plateforme nationale et européenne d’accueil pour la RMN très haut champ
3MegaDalton : Le Dalton est avec une assez bonne précision, la masse d’un atome d’hydrogène. Un acide aminé
d’une protéine représente environ 110 Da, un assemblage d’ 1 megaDalton contient environ 9000 acides aminés.

Couverture de la revue Angewandte Chemie international Edition : Stratégie de marquage isotopique pour améliorer l ’ étude
des complexes moléculaires par RMN
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Référence de l’article :
Stereospecific Isotopic Labeling of Methyl Groups for NMR Studies of High Molecular Weight Proteins. Pierre Gans,
Olivier Hamelin, Remi Sounier, M. Asunción Durá, Marjolaine Noirclerc-Savoye, Carlos D. Amero, Bruno Franzetti,
Michael J.Plevin& Jérôme Boisbouvier.
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Référence des équipes de recherche :
- Laboratoire de résonance magnétique nucléaire (LRMN), Institut de Biologie Structurale Jean-Pierre Ebel (IBS,
Institut mixte CEA-CNRS-Université Joseph Fourier), Grenoble).
- Laboratoire de Biophysique Moléculaire (LBM), Institut de Biologie Structurale Jean-Pierre Ebel (IBS, Institut mixte
CEA-CNRS-Université Joseph Fourier), Grenoble).
- Laboratoire d’Ingénierie des Macromolécules (LIM), Institut de Biologie Structurale Jean-Pierre Ebel (IBS, Institut
mixte CEA-CNRS-Université Joseph Fourier), Grenoble).
- Laboratoire de chimie et biologie des métaux (LCBM) de l’Institut de recherches en technologies et Sciences pour le
Vivant (iRTSV, Institut mixte CEAEA-CNRS-Université Joseph Fourier, Grenoble).