La résonance magnétique rend l'invisible visible
L'eau hyperpolarisée augmente l'intensité des signaux des protéines, de l'ADN et des membranes.
Un petit groupe de chercheurs, dont Dennis Kurzbach de la Faculté de chimie de l'Université de Vienne, vient de publier dans "Nature Protocols" une méthode avancée de RMN (résonance magnétique nucléaire) permettant de suivre des événements biomoléculaires rapides et compliqués tels que le repliement des protéines.
Une vision cristalline des structures protéiques : l'hyperpolarisation fait apparaître les acides aminés, c'est-à-dire les éléments constitutifs des protéines.
© Mattia Negroni
Le repliement des protéines, par exemple, a longtemps été considéré comme l'un des grands mystères de la recherche moderne. Ce processus crucial, au cours duquel les chaînes d'acides aminés adoptent une structure 3D et une fonctionnalité, se déroule en quelques millisecondes. Étant aussi rapides, les événements de repliement des protéines ne pouvaient souvent pas être caractérisés par la spectroscopie RMN, la méthode standard pour étudier les structures moléculaires. En utilisant de l'eau hyperpolarisée, les chercheurs ont mis au point une méthode qui améliore considérablement les signaux des protéines, des acides nucléiques et d'autres biomolécules. Cela rend possible le suivi de processus tels que le repliement des protéines.
Permettre la RMN en temps réel
Avec la spectroscopie RMN, les chercheurs peuvent mesurer les propriétés magnétiques des atomes et ainsi analyser la structure atomique des molécules en solution. La méthode de Dennis Kurzbach et de ses collègues Christian Hilty (USA) et Lucio Frydman (Israël) est basée sur la RMN et permet de suivre des processus biologiques en temps réel. En utilisant de l'eau hyperpolarisée, les chercheurs ont considérablement amélioré les signaux de RMN des échantillons étudiés et donc la sensibilité de la méthode.
Les méthodes d'hyperpolarisation, et plus précisément la dissolution de la DNP (D-DNP), permettent d'améliorer le signal de plus de 10 000 fois. "L'eau hyperpolarisée agit comme un amplificateur des signaux RMN d'une protéine pendant la mesure. Les noyaux d'hydrogène de l'eau hyperpolarisée sont échangés avec ceux des protéines, transférant ainsi l'intensité du signal à ces dernières", explique Dennis Kurzbach de l'Institut de chimie biologique et directeur adjoint du Centre RMN de la Faculté de chimie.
Grâce à cette nouvelle méthode, les chercheurs peuvent enregistrer un spectre RMN toutes les 100 millisecondes et l'utiliser pour suivre les coordonnées 3D de chaque acide aminé et leur évolution dans le temps. "Cela nous permet de suivre des processus qui se déroulent en quelques millisecondes et de distinguer des atomes individuels", explique le chimiste Dennis Kurzbach, qui concentre ses recherches sur le développement de nouvelles méthodes.
Utilisation croissante de la RMN pour l'analyse des protéines
Dans leur étude, les auteurs décrivent leur technique en détail, de l'hyperpolarisation au transfert de l'eau hyperpolarisée vers le spectromètre RMN, en passant par le mélange de l'eau hyperpolarisée avec la solution d'échantillon et la mesure RMN.
En outre, ils présentent six exemples d'application de la méthode, dont l'observation du repliement des protéines ou encore les interactions entre l'ARN (acides nucléiques) et les protéines de liaison à l'ARN, à la base de l'expression des gènes dans la cellule. Selon les scientifiques, la nouvelle méthode peut être utilisée pour des études spécifiques de l'ARN, de l'ADN et des polypeptides, en particulier lorsque le renforcement du signal atteint le nombre "magique" de 1 000 fois.
Un spectromètre RMN équipé d'un prototype d'hyperpolarisation est une condition préalable à la RMN boostée par l'eau hyperpolarisée. Cependant, ce type d'infrastructure n'est pas encore courant. La Faculté de chimie de l'Université de Vienne est équipée d'un dispositif DDNP-NMR depuis 2020, qui a été construit par Dennis Kurzbach sur la base d'une subvention de démarrage ERC.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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