Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La diffraction des rayons X par des monocristaux est la méthode par excellence pour la détermination des structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques à l’échelle atomique. Cet article couvre le processus de détermination des phases, l’un des 3 problèmes majeurs de la biocristallographie, la construction et l’affinement de la structure dans les cartes de densité électronique et les méthodes de validation des structures. Les avancées technologiques et méthodologiques permettent de résoudre les cas simples de manière de plus en plus automatisée et de reculer continuellement les limites des questions abordables par biocristallographie.
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Macromolecular X-ray crystallography is the method of choice for determining the structure of soluble biological samples at atomic resolution. This article deals with the determination of phases, an essential stage in biocrystallography, the construction and refinement of the crystal structure through the interpretation of electron density maps and the methods of structure validation. Thanks to technological and methodological advances, easy cases can now be solved with minimal human interventions, and difficult structures that would once have been elusive can now be addressed.
Auteur(s)
-
Jean CAVARELLI : Professeur de biophysique structurale - Centre européen de biologie et génomique structurales - Université de Strasbourg - IGBMC, Strasbourg-Illkirch
INTRODUCTION
Dans ce dossier comprenant les articles [P 1 110] et [P 1 111], le processus de détermination d'une structure biologique par diffraction des rayons X sur des microcristaux a été schématiquement divisé en six étapes : obtention de la macromolécule à l'état pur (où des macromolécules dans le cas d'assemblages), cristallisation, collecte de données de diffraction, phasage, construction du modèle par interprétation des cartes de densité électronique, affinement et validation de la structure.
La deuxième partie de l'article va de la détermination des phases, l'un des problèmes majeurs de la biocristallographie, aux méthodes de contrôle-qualité des structures. Ces étapes se caractérisent actuellement par l'utilisation de méthodes mathématiques compliquées dans des programmes de plus en plus automatisés et d'utilisation simple. Au cours des dernières années, des avancées technologiques majeures ont été ainsi réalisées et permettent, dans les cas simples, de résoudre rapidement et avec un minimum d'intervention humaine une structure 3D. Toutes ces avancées permettent aux structuralistes d'attaquer des problèmes de plus en plus complexes (protéines peu structurées, assemblages de protéines et/ou d'acides nucléiques en édifices ou entités fonctionnelles de haut poids moléculaires, complexes transients).
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
crystallography | phasing | refinement | validation
VERSIONS
- Version courante de déc. 2018 par Jean CAVARELLI
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Archives > [Archives] Médicaments et produits pharmaceutiques > Détermination des structures 3D des macromolécules biologiques par diffraction X. Partie 2 > Détermination des structures à haut débit
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Perspectives9. Détermination des structures à haut débit
L'une des révolutions des années 2000 a été le séquençage complet de plusieurs centaines de génomes, ce qui a produit une quantité importante de séquences de gènes dont la fonction est inconnue, c'est-à-dire non prédictible à partir de la connaissance de la séquence seule. Bien que cet aspect n'ait pas été développé dans cet article, la connaissance de la structure tridimensionnelle d'une macromolécule peut apporter des informations cruciales sur la (ou les) fonction(s) possible(s). Pour un gène donné, si l'on connaît la structure de la macromolécule correspondante, on pourra alors, en comparaison à la base de données actuelle, assigner une ou plusieurs fonctions à ce gène. Depuis plusieurs années, des efforts importants ont donc été réalisés à l'échelle mondiale pour déterminer des structures 3D à grande échelle. On peut, pour simplifier, expliquer ce recours massif à la cristallographie des rayons X par la volonté de relever plusieurs défis :
-
1. Comprendre et résoudre « le problème du repliement ». On peut considérer deux objectifs différents :
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trouver le dictionnaire complet des repliements utilisés par la nature, car on sait que ce répertoire est un ensemble fini ;
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construire une base de données de connaissances pour essayer de prévoir le ou les repliements susceptibles d'être adoptés par une macromolécule donnée.
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-
2. Comprendre l'évolution en terme structural. Bien que cette partie n'ait pas été abordée dans cet article, les structures 3D sont des outils précieux pour comprendre l'évolution des fonctions. En effet, dans les cas difficiles (et donc les plus intéressants pour une activité de recherche fondamentale), des similarités de fonctions ne sont souvent découvertes qu'à partir de similarités locales ou globales de structures 3D.
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3. Assigner une fonction à chaque protéine d'un protéome donné.
-
4. Apporter des réponses à des problèmes de santé humaine. Il s'agit en particulier d'identifier :
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de nouvelles cibles pharmacologiques et de déterminer leurs structures 3D ;
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de nouveaux composés à action pharmacologique. Dans le processus de conception rationnelle de médicaments, la possibilité de résoudre...
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Détermination des structures à haut débit
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AUTHIER (A.) - Cristallographie géométrique. - [A 1 305] Physique Chimie (1993).
-
(2) - JEANNIN (Y.) - Résolution d'une structure cristalline par rayons X. - [P 1 075] Techniques d'analyse (1998).
-
(3) - JEANNIN (Y.) - Détermination de structure cristalline par rayons X : méthodes numériques. - [P 1 076] Techniques d'analyse (1996).
-
(4) - BROLL (N.) - Caractérisation de solides cristallisés par diffraction X. - [P 1 080] Techniques d'analyse (1996).
###
Les articles ci-dessous développent, illustrent et complètent, certains aspects présentés dans cette revue :
LASKOWSKI (R.A.) - THORNTON (J.M.) - Understanding the molecular machinery of genetics through 3D structures. - Nat. Rev. Genet., 9(2), p. 141-151, fév. 2008.
ALBER (F.) - ORSTER (F.) - KORKIN (D.) - TOPF (M.) - SALI (A.) - Integrating Diverse Data for Structure Determination of Macromolecular Assemblies. - Annu. Rev. Biochem., 77, p. 443-477 (2008).
CHRUSZCZ (M.) - WLODAWER (A.) - MINOR (W.) - Determination of Protein Structures. A Series of Fortunate Events. - Biophysical Journal, vol. 95, p. 1-9, juil. 2008.
WLODAWER (A.) - MINOR (W.) - DAUTER (Z.) - JASKOLSKI (M.) - Protein crystallography for non-crystallographers. - FEBS Journal, 275 (1), p. 1-21, janv. 2008.
MINOR (D.L.) Jr - The Neurobiologist's Guide to Structural Biology : A Primer on Why Macromolecular Structure Matters and How to Evaluate Structural Data. - Neuron, 54, p. 511-533, 24 mai 2007.
SCHMIDT (A.) - LAMZIN (S.) - From atoms to proteins. - Cell. Mol. Life Sci., 64, p. 1959-1969 (2007).
Pour une étude approfondie, on pourra consulter les revues de synthèse ci-dessous
Crystallography of complexes. - Acta Cryst D63, Part 1, janv. 2007.
Structural Proteomics IN Europe. - Acta Cryst D62, Part 10, oct. 2006.
Data collection and analysis. - Acta Cryst D62, Part 1, janv. 2006.
Model building and refinement. - Acta Cryst D62, vol. 11, déc. 2004.
Experimental Phasing. - Acta Cryst D59, vol. 11, nov. 2003.
High-throughput structure determination. - Acta Cryst D58, vol. 11, nov. 2002.
Une bibliographie plus générale en biologie structurale
* - http://www.bio3d-igbmc.u-strasbg.fr/
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