🔬 Journal de labo #7 - Les boucles dans les structures de protéines

Me revoilà ! Après quelques vacances au sud du Japon depuis l'épisode précédent, je reprends du service dès lundi au laboratoire. Avant de partir, j'ai pu pratiquement terminer ma première structure, ce qui est un premier vrai pas vers un futur article. J'ai passé environ 3 semaines à essayer de placer mes séquences de protéines dans ma carte de densité électronique (comme je l'expliquais dans le dernier journal de laboratoire), ce qui représente la majeure partie de la résolution de structure. Aujourd'hui, j'aimerais revenir sur certaines zones des séquences de protéines que je dois placer dans cette carte, qui sont souvent compliquées à résoudre. Ces zones s'appellent des "boucles", et je vais vous expliquer à quoi elles correspondent.

L'organisation des acides aminés

Comme je l'expliquais au début de cette série de journal de labo, les protéines sont des séquences de petites molécules appelées acides aminés. Ces acides aminés interagissent les uns avec les autres, non seulement avec leurs voisins de séquence, mais aussi avec leurs voisins dans l'espace 3D. Étant donné qu'une protéine se replie sur elle-même afin d'adopter une structure, la majorité des acides aminés sont organisés de façon très caractéristique. On distingue deux organisations : les hélices alpha, et les brins bêta.

La composition en hélices alpha et brins bêta d'une protéine est appelée structure secondaire. Que viennent faire les boucles dans tout ça ? Et bien parfois, les acides aminés n'adoptent aucune de ces deux organisations, et sont désorganisés : on appelle ce type de région des boucles.

En quoi est-ce un problème pour résoudre la structure ?

Ces régions, parce qu'elles sont désordonnées, changent de conformation très régulièrement. Lorsque l'on observe par microscopie électronique des protéines, on observe des dizaines voire des centaines de milliers de protéines. Par conséquent, chaque protéine aura des structures de boucle légèrement différentes, car ces dernières bougent et sont très flexibles. Après avoir traité toutes les images de toutes les particules sélectionnées, l'image moyenne de cette région sera donc mal définie, car il y aura beaucoup de variabilité.

Si l'on revient à la carte de densité électronique que j'ai présenté dans le précédent journal de labo, cette variabilité va se traduire par un nuage d'électrons beaucoup plus diffus et faible. Il sera donc plus compliqué pour moi de savoir quel acide aminé placer dedans, et comment l'orienter.

Comment on fait ?

C'est compliqué ! En réalité, les boucles des protéines sont souvent (pas tout le temps) des régions plus caractéristiques. Ces zones, dans la structure d'une protéine, sont un peu moins conservées que les parties structurées (bien qu'il y ait 1000000000 contre-exemples !). Il n'est donc pas rare de voir des structures moins bien résolues dans ces régions là, par rapport aux régions structurées.

Lors de la résolution de structure donc, je fais comme je peux en essayant d'identifier un chemin dans ma carte d'électrons, tout en étant un peu moins regardant sur les règles à suivre dans ces boucles. Par exemple, les acides aminés doivent suivre normalement des règles de géométrie, des angles bien définis, lors de la reconstruction de la structure. Les boucles sont des zones plus "permissives", où l'idée est juste de continuer la séquence de la protéine, afin de retomber sur une zone structurée. Dans certains cas, il n'est vraiment pas possible de voir quoi que ce soit dans la carte d'électrons, donc ces zones sont juste "sautées", et la structure est incomplète.

Pas de panique cela dit, car le but final est d'obtenir des informations sur les parties importantes de la protéine. Lors de la résolution de structure, si les données ne permettent pas d'aller plus loin, il faut donc garder en tête que tout ne sera pas parfait, et qu'il vaut mieux résoudre les parties desquelles l'on est certain qu'elles sont justes plutôt que de surinterprêter une carte d'électrons de mauvaise qualité.

C'est tout pour aujourd'hui ! On se retrouve bientôt pour un nouveau journal de labo, très sûrement basé sur la résolution de structure encore une fois. Merci d'avoir lu !

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