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Characterization of membrane protein dynamics by hydrogen/deuterium exchange and time-resolved infrared spectroscopy, assisted by maximum entropy and Bayesian methods of analysis

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De meilleurs instruments pour expliquer la dynamique des protéines membranaires

La dynamique des fluctuations conformationnelles pour les protéines solubles a été détectée et caractérisée. Les limites expérimentales de la spectroscopie NMR, cependant, ne permettent pas de comprendre la dynamique des protéines membranaires.

Santé

La dynamique des protéines est en fait liée à la fonction, l'agrégation et le repli des protéines, et la spectroscopie à résolution temporelle est particulièrement appropriée pour révéler cette dynamique. La dynamique des protéines se manifeste également lorsqu'une perturbation rapide est appliquée, par exemple lors d'une impulsion laser appliquée aux protéines avec des photocycles. Dans un échange hydrogène/deutérium (HDX) et dans des expériences de perturbation, la réponse à résolution temporelle du système est un processus de relaxation multi-exponentielle. Les informations à caractériser sont le nombre, la valeur et la nature des constantes de temps du processus de relaxation, et non le processus en lui-même. Le projet NAGOYA2BCN visait à améliorer, à développer et à appliquer l'entropie maximale et les méthodes bayésiennes pour analyser les données multi-exponentielles survenant dans le HDX des protéines membranaires et dans les photocycles des protéines membranaires. Parallèlement, il vise à utiliser des approches expérimentales HDX pour obtenir des informations sur la dynamique des protéines membranaires par spectroscopie à infrarouge (IR) et pour les appliquer à des systèmes d'au moins trois protéines membranaires: la protéine transporteur de mélibiose, la bactériorhodopsine et une chimère de récepteur couplé aux protéines G. Les résultats rapportés révèlent que l'échelle de temps des fluctuations des protéines pouvant être suivies et caractérisées augmente en fonction d'une fenêtre temporelle plus longue couverte par les expériences HDX. Bien que l'équipe de recherche ait rencontré certains obstacles dans la conception d'un contexte expérimental pour la spectroscopie IR dans l'objectif d'améliorer la fenêtre temporelle des expériences HDX, elle a développé une approche simple changeant la protéine d'un support H2O à un support D2O à 95% en quelques secondes. Des réussites ont également été notées dans le cadre de la collaboration avec le prof. Kandori à Nagoya, au Japon, dans l'inférence bayésienne sur la base d'un échantillonnage de type MCMC (Markov Chain Monte Carlo). Dans d'autres travaux, des progrès ont été faits dans l'amélioration/le développement de divers outils et logiciels facilitant l'analyse des données HDX et du photocycle bR. Ces améliorations ont été ajoutées au programme visuel fonctionnant sous Matlab. Les réussites du projet NAGOYA2BCN offrent des informations uniques et essentielles pour mieux comprendre la dynamique des protéines.

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