Notre corps est plein d’activité et regorge de protéines coincées dans les membranes adipeuses ou flottant dans et hors des cellules aqueuses. Les scientifiques ont pu, pour la première fois, capturer une image de la danse entre les deux : le tango fluide des protéines et des lipides lorsqu'ils se déplacent normalement dans les cellules.
« Nous allons au-delà de la simple prise d'instantanés individuels, qui donnent de la structure mais pas du dynamisme, à l'enregistrement continu des molécules présentes dans l'eau et de leur état d'origine. » Il dit Qian Chen, scientifique des matériaux et ingénieur à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC), qui a dirigé l'équipe et Décrit leur travail Comme « faire un film ».
« Nous pouvons vraiment voir comment les protéines changent de conformation et, dans ce cas, comment la structure protéine-lipide auto-assemblée fluctue au fil du temps. »
En peaufinant une technique d'imagerie largement utilisée appelée Microscope électronique à transmissionL’équipe de Chen a capturé des images animées de « nanodisques » de protéines membranaires dans un liquide. ces Nanodisques Ils sont constitués de protéines intégrées dans une bicouche lipidique semblable aux membranes cellulaires dans lesquelles elles se trouvent normalement.
L’équipe a appelé leur méthode « imagerie vidéo électronique » et a validé les données vidéo en les comparant à des modèles informatiques au niveau atomique de la façon dont les molécules se déplacent en fonction des lois de la physique.
On pensait que le mouvement des protéines liées à la membrane était quelque peu limité, en raison de la manière dont les lipides les maintiennent en place. Cependant, les chercheurs ont constaté que les interactions entre protéines et lipides se produisent sur des distances beaucoup plus grandes qu’on ne le pensait auparavant.
Les protéines membranaires sont des gardiens de cellules, des capteurs et des récepteurs de signalisation. Cette technologie pourrait donc conduire à d’énormes progrès dans notre compréhension de leur fonctionnement.
Avec les technologies actuelles, les protéines sont généralement gelées ou cristallisées afin qu’elles ne bougent pas, ne déforment pas l’image ou ne soient pas endommagées par les rayons X ou les faisceaux d’électrons utilisés pour les imager. Cela donne une image sans vie d’une protéine fixe qui se plie et se plie normalement, laissant aux scientifiques le soin de déduire comment elle interagit avec d’autres molécules en fonction de sa structure.
Alternativement, certaines techniques d'imagerie utilisent une étiquette moléculaire fluorescente Suivez les particules à mesure qu'elles se déplacentAu lieu de surveiller directement la protéine.
Dans ce cas, les chercheurs ont placé une goutte d’eau à l’intérieur de deux fines feuilles de graphène pour les protéger du vide d’un microscope électronique. Suspendus dans la goutte d'eau se trouvaient des nanodisques de protéines et de lipides non marqués, que l'équipe a observés « danser » ensemble comme ils le feraient dans leur environnement aquatique naturel.
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Scientifiques des matériaux Tu pourrais essayer Depuis au moins dix ans pour imager l'activité des molécules biologiques dans les fluides, mais ils n'ont pas pu observer clairement la dynamique continue des protéines.
Grâce à quelques modifications subtiles de cette approche, Chen et ses collègues ont imagé leurs assemblages de protéines et de lipides en temps réel, pendant quelques minutes et non des microsecondes. Plus important encore, ils ont ralenti la vitesse à laquelle les électrons ont pénétré dans l’échantillon et ont travaillé sur l’échafaudage du graphène, obtenant ainsi une image réussie du complexe lipoprotéique en action.
« À l'heure actuelle, c'est la seule façon expérimentale de capturer ce type de mouvement au fil du temps. » Il dit John Smith, étudiant diplômé en génie des matériaux à l'UIUC, est le premier auteur de cet article.
« La vie est fluide, elle est en mouvement. Nous essayons d’aller dans les moindres détails de cette connexion de manière expérimentale. »
Quant aux autres efforts, les techniques d’imagerie améliorées révèlent des détails étonnants sur toutes sortes d’événements microscopiques – depuis l’observation de la formation de l’enveloppe externe d’un virus jusqu’à la détection des protéines qui se décomposent en amas dans des maladies comme la maladie d’Alzheimer.
Ajoutez à cela l’intelligence artificielle, qui prédit la forme 3D de presque toutes les protéines connues de la science, et il semble certainement qu’une nouvelle ère de recherche biologique s’ouvre.
La recherche a été publiée dans Avancement de la science.
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