Une avancée majeure pour les études de cristallographie neutronique à haute résolution des grandes protéines
En octobre 2025, un tout nouveau détecteur cylindrique à plaques image sensibles aux neutrons a été construit et installé sur l'instrument DALI à l'ILL. Il s'agit d'une amélioration majeure qui augmente considérablement les performances de l'instrument. Construit dans le cadre du programme de modernisation Endurance (2016-2024), DALI est un diffractomètre quasi-Laue conçu pour les études à haute résolution des grandes protéines.
Au cours du dernier cycle du réacteur de 2025, des tests et analyses de diffraction neutronique ont été effectués à l'aide de cristaux de protéines couvrant une large gamme de masses moléculaires, du très petit (6 kDa) au très grand (271 kDa).
Les résultats de ces tests montrent que les deux diffractomètres de cristallographie neutronique des protéines, LADI-III et DALI, sont hautement complémentaires ; LADI-III fournissant des données de diffraction de meilleure qualité pour les protéines de petite à moyenne taille (5 à 70 kDa) et DALI, grâce à son nouveau détecteur et à son sélecteur de vitesse à bande passante étroite, fournissant désormais des données de diffraction de meilleure qualité pour les grandes protéines (70 à 150 kDa).
De plus, les tests démontrent que DALI peut même être utilisé pour étudier des protéines de très grande taille (> 150 kDa) qui étaient auparavant hors de portée. Cela représente un changement radical dans les capacités de la recherche en cristallographie neutronique des protéines et renforce davantage la position de l'ILL en tant que leader mondial dans ce domaine.
« Cela a été un effort immense et un excellent travail de la part de toutes les personnes impliquées – Un grand merci à Olivier Aguettaz, Benjamin Giroud, Lukas Gajdos, Juliette Devos, Théodore Arnaud [ILL] et Nicholas Croy [Université d'Uppsala] ! », déclare Matthew Blakeley, scientifique à l'ILL et responsable des instruments LADI-III et DALI.
Exposition de 16 heures à partir d'un cristal de protéine de 105 kDa (complexe LecA/PheGal, maille élémentaire : a=74, b=111, c=113 Å / P212121). Jeu de données complet collecté à une résolution de 2,0 Å.
La protéine Lectine LecA est un facteur de virulence de la bactérie pathogène Pseudomonas aeruginosa. Des ligands spécifiques – des molécules qui se lient à des sites spécifiques de la protéine pour former des complexes moléculaires – peuvent contrecarrer les infections à P. aeruginosa s'ils bloquent les sites protéiques spécifiques impliqués dans ce processus.
Exposition test de 14 heures à partir d'un cristal de RuBisCO de 271 kDa (maille élémentaire : a=158, b=158, c=202 Å / C2221). Diffraction à une résolution de 2,4 Å. Le jeu de données complet sera collecté en 2026. Actuellement, la plus grande protéine publiée à haute résolution par diffraction neutronique est la pyrophosphatase inorganique de 125 kDa, obtenue à l'aide de LADI-III.
La RuBisCO est impliquée dans la première étape de la photosynthèse, elle est présente dans les les plantes et autres organismes photosynthétiques et est la protéine la plus abondante sur Terre.
DALI est le deuxième diffractomètre quasi-Laue de l'ILL (avec LADI-III) utilisé pour les études de diffraction neutronique sur monocristal de macromolécules biologiques à haute résolution (1,5 - 2,5 Å). Ces études permettent la visualisation des atomes d'hydrogène ou de deutérium clés au sein des macromolécules biologiques. Ces instruments utilisent un grand détecteur de surface cylindrique composé de plaques images sensibles aux neutrons, qui entoure complètement le cristal et permet d'enregistrer simultanément un grand nombre de réflexions.
La cristallographie des protéines est cruciale dans la recherche biomédicale et le développement de médicaments. Elle aide les scientifiques à comprendre la structure tridimensionnelle (3D) des protéines et leurs fonctions, révélant comment les protéines interagissent. La procédure implique de cristalliser les protéines en réseaux ordonnés et d'analyser les figures de diffraction résultantes, qu'elles proviennent des rayons X ou des neutrons. La cristallographie neutronique offre une meilleure résolution lorsque des atomes d'hydrogène sont présents.
(*) La taille d'une protéine est mesurée par le nombre d'acides aminés qu'elle contient ou par sa masse moléculaire totale, qui est exprimée en daltons (Da).
Instrument ILL : DALI
Contact ILL ILL : Matthew Blakeley