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Posté par Adrien le Samedi 07/04/2018 à 00:00
Observations sur la naissance des cristaux
Une équipe de chercheurs de l'Université de Bruxelles, de l'Université de Technologie d'Eindhoven et de l'Institut des Sciences de la Terre de Grenoble a découvert les détails moléculaires de la sélection polymorphe des cristaux de macromolécules. Leurs travaux ont été publiés dans Nature le 5 avril 2018.

Produire des cristaux de macromolécules - une étape nécessaire pour comprendre la structure des protéines, les briques de la vie (La vie est le nom donné :) - peut être atrocement difficile. C'est parce que nous ne comprenons toujours pas complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant...) comment un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union internationale de cristallographie, tout solide dont...) est "né". Il est bien connu que les cristaux se forment à travers le groupement spontané de molécules, en adoptant une structure périodique en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...), mais comment exactement les molécules réalisent cet exploit est encore un mystère.


Modèle pour la sélection polymorphe des cristaux de protéines (glucose isomerase). Une forte interaction anisotrope (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction. Quelque chose d'anisotrope pourra présenter différentes...) entre les molécules protéiques (en haut à gauche), conduit à la formation de nanotiges. Lorsqu'il existe un équilibre entre les interactions isotropes et anisotropes (en bas à gauche), les molécules protéiques suivent une voie de nucléation directe vers le polymorphe 2. À la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) d'attraction isotrope moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous...) (en bas à droite), les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) sont formées qui agissent comme des précurseurs des réseaux de polymorphes 1 ou de fibres de gel. Une forte attraction d'appauvrissement isotrope (en haut à droite) favorise l'agrégation des protéines dans un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) de gel ramifié. Crédits: A.E.S. Van Driessche et al.

Pour ajouter plus de complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou en sciences de...) au problème, une seule molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) peut également s'organiser en différentes structures cristallines, appelées polymorphes. Ces polymorphes ont généralement des propriétés physiques différentes, ce qui peut avoir un effet profond sur les caractéristiques finales du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée...) formé. Pour les cristaux de protéines, les polymorphes sont importants car ils auront, entre autres, des vitesses de dissolution différentes, ce qui est pertinent pour les applications de délivrance de médicaments.

Actuellement, contrôler le processus de cristallisation pour obtenir le polymorphe de choix est difficile parce que les mécanismes sous-jacents à la sélection polymorphe sont encore peu clairs. En utilisant une cryo-microscopie électronique à transmission, cette équipe interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) a réussi à imaginer la "naissance" des cristaux de protéines avec une résolution moléculaire, découvrant un processus hiérarchique plutôt complexe qui implique différentes étapes d'auto-assemblage à des échelles de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) croissante.

Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) sont les premières en leur genre et fournissent une nouvelle façon d'obtenir des informations sur les processus d'auto-assemblage des macromolécules en structures plus grandes. Mais, l'équipe est allée plus loin et a cartographié les voies de nucléation de plusieurs polymorphes. Ils ont montré que la sélection polymorphe est dictée (La dictée est l'opération par laquelle une personne lit ou au moins énonce à haute voix un texte cohérent selon un rythme qui permet à des auditeurs de le copier par écrit. Elle est utilisée en tant...) par l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des plus petits fragments possibles formés au début du processus de cristallisation. Une fois cette structure précurseur est formée, le résultat du processus est décidé.

En analysant et en comprenant les différences de structure des différents noyaux, les auteurs ont développé des stratégies pour guider le processus de sélection polymorphe. Ceci a été réalisé en accordant, par mutagenèse dirigée, les différents modes d'interaction qui existent entre les macromolécules, et ainsi "poussant" le résultat du processus de nucléation dans un sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de son...) ou dans un autre.

En un mot, ces découvertes font progresser considérablement notre compréhension fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) de la nucléation et de la sélection polymorphe. Ces connaissances sont non seulement pertinentes pour les macromolécules, mais peuvent également être traduites en d'autres substances qui forment des cristaux (tels que des composés pharmaceutiques ou des solides inorganiques d'intérêt industriel). En outre, la méthodologie expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le...) développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) pour cette étude ouvre une nouvelle voie pour suivre les processus d'auto-assemblage des protéines impliquées dans divers troubles pathologiques, tels que la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) liquide-liquide dans la formation de la cataracte oculaire (Un oculaire est un système optique complémentaire de l'objectif. Il est utilisé dans les instruments tels que les microscopes ou les télescopes pour agrandir...) ou la formation de fibres amyloïdes associées à une gamme de troubles neurologiques.

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Source: CNRS-INSU
 
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