Télécharger la vidéo (237.63 Mo - mp4) (237.63 Mo)SWING est une ligne de lumière de SOLEIL principalement dédiée à la biologie et à l'étude de la matière molle comme les gels, les plastiques ou les colles. La ligne utilise le rayonnement synchrotron dans le domaine des rayons X.
SWING : Etude des protéines par chromatographie
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SWING est une ligne de lumière de SOLEIL principalement dédiée à la biologie et à l'étude de la matière molle comme les gels, les plastiques ou les colles. La ligne utilise le rayonnement synchrotron dans le domaine des rayons X.
En bout de ligne, devant son tunnel de détection, SWING peut recevoir différents appareils d'analyse. Celui présenté ici est un appareil de chromatographie en phase liquide, adapté à l'étude des protéines. Il comporte un système de purification de l'échantillon et la cellule de mesure.
En sortie du système de purification, l'échantillon est poussé par un liquide dans la cellule de mesure, qui est une chambre sous vide. L'échantillon circule dans un capillaire très fin qu'on aperçoit dans cette cavité, à l'endroit où il sera frappé par les rayons X.
En amont, le système de purification sert de tamis moléculaire pour séparer les protéines en fonction de leur taille, en commençant par les gros amas de molécules qu’il s'agit d'éliminer avant d'entamer l'expérience.
Ce faisceau de lumière UV contrôle le dosage des protéines. En effet, les acides aminés des protéines ont la caractéristique d'absorber la lumière ultraviolette. La mesure de l'absorption UV entre l'émetteur et le récepteur fournit donc la concentration en protéines. La méthode est simple ; elle ne requiert ni cristallisation, ni préparation spéciale de l’échantillon. Les protéines restent en condition quasi-natives.
On voit que les agrégats ont disparu, les protéines sont bien séparées. L'expérience peut commencer.
Le faisceau X incident qui frappe l'échantillon de protéines est légèrement dévié. Il ne s'agit pas de diffraction car la solution est désordonnée, mais de diffusion. Au niveau atomique, les photons X rencontrent les nuages électroniques présents dans l'échantillon et rebondissent vers l’avant en gardant la même énergie. La ligne SWING est spécialisée dans la diffusion des rayons X aux petits angles, une technique qu'on nomme également SAXS.
SAXS : Small-Angle X-ray Scattering
Il faut maintenant enregistrer la figure de diffusion sur un détecteur qui se trouve dans cette immense cuve cylindrique de 6 mètres de long et 2 mètres de large. A l'intérieur, règne un vide de 10-2 millibar.
Le faisceau de rayons X est pulsé. La pulsation est assurée par un obturateur rapide placé en amont de l’échantillon et piloté par le détecteur : le détecteur accumule les photons X quand l'obturateur est ouvert, et lit les images quand il est fermé. Pour plus de lisibilité, nous allons représenter le faisceau continu. Comme ses rayons sont quasi-parallèles, on peut reculer le détecteur jusqu'au fond pour accéder à de très petits angles de diffusion. Un chariot le déplace dans les trois directions pour s'ajuster aux conditions de l'expérience.
Arrêtons-nous un instant sur cette image. Le détecteur est une caméra CCD qui enregistre point par point l'impact des photons X. Dans le faisceau de rayons X, on voit en bleu foncé le faisceau direct, non diffusé, beaucoup plus intense, et une tige appelée "beamstop", le stoppeur de faisceau. Son rôle est d'empêcher le faisceau direct d'atteindre le détecteur afin de protéger celui-ci.
Le détecteur va maintenant se mettre en position. Dans de nombreuses expériences, il est décentré pour augmenter la gamme angulaire. Ici le faisceau direct est en bas à gauche de la figure de diffusion. La figure représente l’intensité des photons, sur une échelle de couleurs, en fonction de l'angle de diffusion.
L'image fait partie d'une étude sur le démarrage de la synthèse des protéines dans une cellule.
Dans la cellule, chaque protéine est le résultat de l'expression d'un gène qui comporte plusieurs étapes ; le gène est un fragment d’ADN ; cet ADN est dans un premier temps transcrit en une autre molécule légèrement différente : un ARN, appelé ARN messager, qui va transmettre l'information génétique. Pour cela, l’ARN messager vient se fixer sur un énorme complexe appelé ribosome, véritable usine à fabriquer les protéines ; le ribosome possède deux sous-unités, une petite qui décode l'information portée par l’ARN messager et une grande qui se charge d'agréger correctement les acides aminés présents dans le cytoplasme pour former la protéine correspondante. C'est la phase dite de "traduction" : l’information en langage « acides nucléiques » est traduite en un polymère d’acides aminés. Ce sont les ARN de transfert, ARNt, qui apportent les acides aminés à la machinerie de traduction, dans l’ordre indiqué dans la séquence d’ARN messager.
C'est une protéine particulière, nommée aIF2, qui conduit l'ARN de transfert jusqu'au ribosome et assure le démarrage de la traduction. D'où l'intérêt de bien connaitre à la fois sa structure individuelle et la structure des complexes qu'elle forme avec l'ARN de transfert et le ribosome.
Concernant sa structure propre, la diffraction des rayons X sur des cristaux d’aIF2 est la technique expérimentale d'excellence, notamment grâce aux équipements de la ligne PROXIMA-1 de SOLEIL. On voit ici la représentation en 3D de l'aIF2 d'un organisme unicellulaire.
En revanche, les complexes que forme aIF2 avec l’ARNt et le ribosome sont quasiment impossibles à cristalliser. Il faut alors changer de méthode et passer au SAXS, la diffusion des rayons X aux petits angles, sur la ligne SWING. L’avantage majeur du SAXS est de pouvoir obtenir des informations structurales sur des complexes de protéines non cristallisées, en solution. On détermine ainsi la manière dont les protéines s'arriment entre elles, en se basant également sur les structures 3D individuelles de chaque protéine, obtenues précédemment, grâce à la cristallographie.
Les résultats obtenus sur la ligne SWING ont permis de décrire comment aIF2 amène l'ARN de transfert à un endroit très précis du ribosome et comment elle assure la fidélité du démarrage de la traduction. C'est une phase critique pour le contrôle de nombreux processus cellulaires, comme la différenciation des cellules ou leur cancérisation. La compréhension des mécanismes moléculaires qui gouvernent cette étape est donc particulièrement importante, à la fois pour la biologie fondamentale et pour ses applications thérapeutiques.