Développement d'une RMN solide à l'état solide pour la caractérisation de cibles complexes
La spectroscopie RMN à l'état solide est une technique utilisée par les scientifiques pour fournir des informations précieuses dans l'analyse des matériaux solides. Il fournit des idées uniques et spécifiques sur la structure, la dynamique et la réactivité de toutes sortes de matériaux.
À l'Institut des sciences analytiques de Lyon, en France, un groupe de scientifiques travaille sur des moyens de faire de la RMN à l'état solide un outil de routine que les chercheurs peuvent utiliser pour caractériser un large éventail de systèmes importants en biologie et en recherche chimique. La RMN à l'état solide peut être appliquée à une large gamme de cibles chimiques et biologiquement pertinentes qui ne peuvent être étudiées à l'aide d'autres techniques.
Dans une interview accordée à News Medical, le chef du groupe, le Dr Guido Pintacuda, a souligné certaines des méthodes développées par l'équipe pour apporter des cibles biomoléculaires nouvelles et de plus en plus complexes à la portée de la RMN à l'état solide.
Dans la majeure partie du développement pharmaceutique et de la recherche, l'analyse structurale des échantillons est fournie par la cristallographie aux rayons X. Étant donné que les échantillons qui ne peuvent être cristallisés ne peuvent pas bénéficier de cette idée, Pintacuda et l'équipe développent une RMN à semi-conducteurs qui peut être appliquée à la place, afin d'essayer d'apporter de nouvelles classes de molécules dans le développement pharmaceutique.
Des exemples d'objectifs auxquels l'équipe est intéressée comprennent les assemblages de protéines, les complexes d'acide nucléique et, plus récemment, les protéines membranaires. Les protéines membranaires, qui sont les portiers cellulaires et essentielles à la fonction cellulaire, sont extrêmement difficiles à caractériser par toute autre technique; Ils sont difficiles à cristalliser et souvent très difficiles à solubiliser sans distorsions.
"Par conséquent, le développement d'une technique adéquate de RMN à l'état solide est essentiel pour étudier correctement ces échantillons au niveau atomique, dans l'environnement natif", a déclaré Pintacuda.
Pintacuda s'intéresse particulièrement aux échantillons contenant des ions métalliques paramagnétiques, qui sont essentiels pour catalyser des réactions importantes dans le monde biologique et chimique. La structure électronique d'un ion métallique est intimement liée à l'activité et à la réactivité, explique-t-il, et en utilisant la RMN, on peut accéder directement aux paramètres biophysiques clés qui ne sont accessibles même lorsqu'une molécule peut être cristallisée.
Dans le laboratoire, le groupe a utilisé la RMN à l'état solide dans le champ magnétique le plus élevé actuellement disponible, ce que Pintacuda a expliqué est essentiel car la sensibilité et la résolution sont étroitement liées à la taille du champ magnétique. En travaillant dans ce domaine magnétique élevé, l'équipe a pu vraiment pousser la limite de leur approche, aborder des substrats plus complexes et plus grands que ce n'est possible dans un champ inférieur.
Pintacuda croit que la disponibilité de champs magnétiques supérieurs fera de la RMN à l'état solide une technique de caractérisation de routine pour des classes de molécules plus larges, de masse moléculaire importante ou disponible en quantités très limitées.
Ce qui peut ressembler à un changement progressif dans le champ magnétique a un impact énorme en termes de complexité des échantillons qui peuvent être analysés et entraînerait de grandes classes de molécules telles que des protéines membranaires plus grandes, qui sont maintenant inaccessibles à toute autre technique, au sein de la Portée de la RMN à l'état solide ".
En collaboration avec d'autres personnes sur le terrain, les chercheurs ont été les pionniers d'une approche basée sur une rotation très rapide de l'angle magique et de très petits rotors qui permettent une rotation rapide d'un échantillon, pour des avantages sans précédent de résolution et de sensibilité. Cela aidera également à élargir la taille des protéines membranaires qui peuvent être analysées par RMN à l'état solide.
Les protéines membranaires représentent environ 20 à 30% de toutes les protéines existantes et 50% des cibles de médicaments actuelles. Pourtant, ils représentent moins de 1% des protéines caractérisées dans la banque de données sur les protéines, une collection des structures protéiques connues jusqu'ici aujourd'hui. Par conséquent, le potentiel de caractérisation structurelle et dynamique de ces cibles importantes par RMN à l'état solide est immense.
"La preuve de concept pour ces molécules montre que la RMN à l'état solide, une augmentation du champ magnétique et éventuellement des vitesses de rotation d'angle magique avec des sondes plus rapides rendront la grande majorité de ces échantillons accessibles sous une forme entièrement protonée", a déclaré Pintacuda.
Cela en soi-même serait déjà révolutionnaire, mais il y a d'autres classes de molécules qui se situent même dans la portée de ces derniers développements, et ces derniers pourraient enfin devenir accessibles lorsque la prochaine génération d'aimants sera disponible: "Ils conduiront ensuite la prochaine génération D'aimants, de champs magnétiques encore plus élevés ".
En ce qui concerne l'histoire de la RMN, Pintacuda souligne comment, depuis le début, il a toujours été en collaboration avec d'autres techniques, la RMN fournissant des informations spécifiques et complémentaires.
Il pense que cela devrait continuer d'être le cas dans le futur: «Nous voyons souvent que notre technique peut également relier différents domaines de la science et que la même technique, l'approche, l'équipement et l'expertise ne sont pas spécifiques à la recherche biomoléculaire mais peuvent être appliquées À d'autres problèmes dans la science des matériaux et la chimie ".