La couronne de protéines adsorbées sur des nanoparticules de silice dévoile sa structure
Publié par Redbran le 11/10/2019 à 14:00
Des chercheurs de l'I2BC@Saclay et de l'UMR NIMBE, en collaboration avec le Laboratoire Léon Brillouin (LLB), ont analysé la structure de la couronne composée de deux protéines modèles adsorbées sur des nanoparticules de silice (La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la composition de nombreux minéraux ; sa formule est SiO2.), en utilisant la technique de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) des neutrons aux petits angles. Ils montrent que les structures formées sont de véritables nanoassemblages contrôlés, dans lesquels les protéines conservent leur forme.


A) Représentation de l'adsorption de protéines modèles (hémoglobine en rouge) sur une particule de silice pour former la corona.
B) Coupe longitudinale mettant en évidence la monocouche d'hémoglobines formée autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) de la nanoparticule de silice.

Les développements futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) en nanomédecine et en nanotoxicologie dépendent d'une meilleure compréhension du comportement des nano-objets dans les milieux biologiques (cellules, fluides intra- ou extracellulaires). Au contact de tels milieux, les nano-objets ne restent pas nus mais se recouvrent d'une ou plusieurs couches de protéines, appelée "corona". Suivant la composition de cette couronne, une nanoparticule acquiert une "identité biologique" spécifique qui peut conditionner sa bio distribution ainsi que son éventuelle toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance à provoquer des effets néfastes...). Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...), l'équipe interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de nanotoxicologie moléculaire, composée de chercheurs des instituts Joliot (SBIGeM et SB2SM) et du NIMBE s'intéresse depuis plusieurs années à l'adsorption des protéines sur les nanoparticules qu'elle étudie par des approches de physico-chimie, protéomique, biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une...) moléculaire, bio-informatique (On regroupe sous le terme de bioinformatique un champ de recherche multi-disciplinaire où travaillent de concert biologistes, informaticiens, mathématiciens et physiciens, dans le but de résoudre un problème scientifique posé...), modélisation et dynamique moléculaire (Une simulation de dynamique moléculaire consiste à calculer l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Ces simulations servent de modèles structuraux et...).

Au cours de travaux précédents, l'équipe a montré que pour des surfaces électronégatives telles que la silice, l'électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) gouverne (Une gouverne est une surface mobile agissant dans l'air ou dans l'eau servant à piloter un mobile selon un de ses trois axes :) le processus d'adsorption, favorisant la liaison de protéines riches en arginine (FM Joliot mai 2018). Les propriétés dynamiques sont également importantes, puisque les protéines fortement structurées, sont peu à même de se déformer au contact de la silice et donc de s'adsorber, contrairement aux protéines flexibles et/ou intrinsèquement désordonnées. Cependant, rien n'était connu sur la structure de la couronne une fois assemblée. Avec l'aide des compétences du Laboratoire Léon Brillouin (Léon Brillouin (né le 7 août 1889 à Sèvres - mort en 1969 à New York) était un physicien franco-américain, essentiellement connu pour ses travaux en mécanique quantique et...), l'équipe a analysé la structure des couronnes de deux protéines modèles, la myoglobine et l'hémoglobine, adsorbées sur des nanoparticules de silice, en utilisant la technique de diffusion des neutrons aux petits angles. Dans le cas de l'hémoglobine, les chercheurs ont observé de larges modifications de sa capacité à fixer l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) alors même que sa forme n'était pas modifiée. Cette analyse a également permis de mesurer l'épaisseur de la corona, montrant que les molécules d'hémoglobine forment une monocouche organisée à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) de la nanoparticule.

L'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui...) ainsi formé est donc un véritable nanoassemblage contrôlé, permettant d'envisager le développement d'un nouveau type de biomatériaux à l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) biologique maitrisée.


Référence:

Protein−nanoparticle interactions: what are the protein−corona thickness and organization?
L Marichal, G Giraudon-Colas, F Cousin, A Thill, J Labarre, Y Boulard, JC Aude, S Pin (Pin désigne :), JP Renault. Langmuir, 35 (2019) 10831.
Contact CEA-IRAMIS: Jean-Philippe Renault (NIMBE/LIONS)

Collaborations:

- Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) de Biologie Intégrative de la Cellule - I2BC@Saclay, CEA Saclay F-91191 Gif-sur-Yvette
- UMR 3685 CEA-CNRS NIMBE - Nanosciences et Innovation pour les Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), la Biomédecine et l'Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), CEA Saclay F-91191 Gif-sur-Yvette
- Laboratoire Léon Brillouin (LLB), CEA Saclay F-91191 Gif-sur-Yvette.

Source: [url=]CEA IRAMIS[/url]
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