Etudes de diffraction de poudres de protéines

par Yves Watier

Thèse de doctorat en Biologie Structurale et Nanobiologie

Sous la direction de Andrew N. Fitch.

Soutenue le 19-04-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec European synchrotron radiation facility (Grenoble) (laboratoire) et de ESRF - European Synchrotron Radiation Facility (laboratoire) .

Le président du jury était Serge Pérez.

Le jury était composé de Andrew N. Fitch.

Les rapporteurs étaient John R. Helliwell, Marc Schiltz.


  • Résumé

    La technique de diffraction de monocristaux est la plus utilisée pourdéterminer une structure tridimensionnelle de protéine, permettantainsi la compréhension de sa fonction biologique.Cependant, cette technique nécessite l'obtention d'un monocristal.La détermination d'une structure par diffraction de poudre ne requiertque l'obtention d'un précipité cristallin, souvent obtenu lors de larecherche d'une condition de cristallisation.Nous présentons dans cette thèse plusieurs protéines étudiées pardiffraction de poudre. Le développement de nouvelles méthodes pour lapréparation des échantillons et l'acquisition des données sontprésentées, étant donnée leur importance cruciale dans ces études.Nous avons étudié le polymorphisme de l'urate oxidase par ladétermination des différentes phases cristallines résultant desmodifications des conditions de cristallisation. Cette étude a débouchésur l'identification d'une forme cristalline nouvelle d'intérêtpharmaceutique. Une des phases d'urate oxidase à permis l'obtentiond'un cliché de diffraction de qualité suffisante à la redéterminationet l'affinement de sa structure.Un protocole pour le refroidissement cryogénique de poudre de protéineest présenté, offrant une durée de vie accrue de l'échantillon lors del'acquisition de données.Ce protocole a permis l'affinement de deux structures d'insulinehumaine. Nous présentons également la détermination d'une structurepréliminaire du domaine macro du virus Mayaro, basé uniquement sur desdonnées acquises sur un unique échantillon polycristallin en formed'oursin. Une étude de la matrice de protection de deux baculovirusillustre les limites auxquelles se heurte actuellement la technique dediffraction de poudre de protéines.En annexes, les étapes nécessaires pour la préparation et l'analysedes données sont présentées.

  • Titre traduit

    Powder diffraction studies of proteins


  • Résumé

    Knowledge of the structure of proteins helps in understanding theirbiological function.The main technique used, single crystal diffraction, requires thelimiting step of growing a single crystal.On the other hand, powder diffraction requires only a crystallineprecipitate made of many microcrystals such as those often discardedduring the search for suitable single crystal growth conditions.We present in this thesis different studies of proteins by powder diffraction.Development of new methods for sample preparation and data acquisitionare also presented, as they have been crucial steps to obtain highquality diffraction data.We studied the polymorphism of Urate oxidase by observing thedifferent crystallographic phases resulting from the changes in thecrystallisationconditions.A crystallographic phase of pharmaceutical interest has been identified.Also one phase of urate oxidase complexed with its inhibitor gave apowder pattern sufficient to re-determine and refine its structure.A protocol for cryocooling protein powder samples has been found,extending the lifespan of the sample in the intense X-ray beam.This allowed the refinement from powder data of two forms ofcryocooled human insulin.We present also the determination of a preliminary structure of themayaro virus macro domain, based on a powder diffraction patternobtained on a single urchin-like bundle of needles.A study of the protective protein matrix of two baculoviruses ispresented, showing some current limits of the method.In annexes, the steps for preparing and analysing protein powders are described.


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