Le tris-dipicolinate de lanthanide : un complexe luminescent pour la résolution de structures de macromolécules biologiques par les méthodes sad et mad

Lanthanide tris-dipicolinate : a luminescent complex for solving biological macromolcular structures by Sad and Mad methods

• Auteur / Autrice : Guillaume Pompidor
• Direction : Richard Kahn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés libres

Cristallographie des protéines

Résumé

La résolution de structure de macromolécules biologiques par diffraction des rayons X nécessite la détermination des phases associées aux facteurs de structure. Les méthodes MAD et SAD sont devenues des méthodes de choix pour la détermination de nova de structures de protéines par cristallographie. Dans cette optique, les lanthanides sont particulièrement intéressants car leur facteur de diffusion anomale est très élevé, f' :::: 28 e' à leur seuil d'absorption Lm, et reste significatif avec le rayonnement CuKa d'un générateur de laboratoire (f' = ] ],0 e' pour Eu3+ à 1 = ],54]8 A). Le complexe tris-dipicolinate de lanthanide a permis d'obtenir des cristaux dérivés de 6 protéines différentes et de résoudre leur structure par les méthodes SAD ou MAD. Dans le cas de 2 protéines, dont les structures ont pu être résolues au laboratoire, les cristaux dérivés obtenus par co-cristallisation appartiennent à de nouvelles formes cristallines résultant des interactions fortes entre le complexe et la protéine. Le complexe se lie aux protéines par des liaisons hydrogène entre ses groupements carboxylate et les acides aminés donneurs de liaison hydrogène. Par ailleurs, les propriétés de luminescence des complexes d'europium et de terbium permettent de tester rapidement la fixation du complexe dans les cristaux dérivés. La luminescence des complexes d'europium et de terbium par excitation à un et deux photons a été caractérisée dans les cristaux dérivés. La forte interaction entre le tris-dipicolinate de lanthanide et certains acides aminés peut être mise à profit pour la co¬cristallisation et l'obtention de cristaux dérivés de protéines permettant la détermination de nova de structures.

Solving the structure ofbiological macromolecules using X-ray diffraction requires the determination of phases of structure factors. The SAD and MAD methods making use of anomalous scattering are now widely used for de nova determination ofprotein structures by crystallography. From this point ofview, lanthanide elements are particularly interesting because their anomalous scattering factors are very high at their Lm absorption edge with f' :::: 28 e' and remain significant using CuKa radiation trom a in house generator (f' = ] ]. 0 e' for Eu3+ at Â. = ]. 54] 8 A). Tris-dipicolinate lanthanide complexes were used to obtain derivative crystals of 6 different proteins and to solve their structures using SAD or MAD methods. ]n the case of2 proteins, for which the structures were solved using CuKa radiation, derivative crystals belong to new crystal forms due to strong interactions between lanthanide complex and protein molecules. The complex binds proteins through hydrogen bonds between its carboxylate groups and hydrogen¬bond donor amino acids. Unique luminescence properties of europium and terbium complexes allow quick checking of the lanthanide complex binding in derivative crystals. One and two-photon induced luminescence of europium and terbium complexes were characterized in derivative crystals of lysozyme. Strong supramolecular interaction between tris-dipicolinate lanthanide complex and hydrogen-bond donor residues could be used for co-crystallization and for obtaining protein derivative crystals for de nova structure determination.