PRIX NOBEL DE CHIMIE 2017

Utilisation de la microscopie électronique en biologie structurale

Dans les cellules vivantes, les biomolécules s’assemblent en complexes macromoléculaires qui forment des machines moléculaires (par exemple, les enzymes qui assurent la production d’énergie utilisable par les cellules), des composants de l’architecture cellulaire (comme les filaments d’actine, un composant essentiel du cytosquelette) ou des appareils de communication (comme les récepteurs canaux dans les neurones). Tous ces complexes macromoléculaires font fonctionner nos cellules dans une chorégraphie subtile. Les plans de ces assemblages sont encryptés par l’ADN de toutes les cellules. Chaque gène présent sur cet ADN code pour une protéine distincte qui servira d’élément à l’un de ces assemblages cellulaires. À l’image des machines ou éléments architecturaux inventés par l’homme, chacune de ces briques moléculaires adopte une structure en trois dimensions précise et distincte afin de se combiner correctement avec les autres briques de l’assemblage. Cette structure tridimensionnelle définit donc le rôle de chacun des éléments de l’assemblage moléculaire. Le travail du chercheur en biologie structurale est d’isoler certains de ces assemblages macromoléculaires depuis les cellules et d’obtenir les plans de ces assemblages en trois dimensions. Le décryptage de ces plans permet de comprendre la mécanique moléculaire de chaque assemblage.

Dès son invention, la cryomicroscopie électronique a été utilisée dans cette discipline scientifique. En effet, la résolution théorique d’un microscope électronique (0,000 15 µm) permet d’observer les détails de ces assemblages à une échelle atomique (ou quasi atomique). Richard Henderson a été très tôt l’un des plus fervents défenseurs de l’utilisation de la cryoME pour déterminer la structure tridimensionnelle des assemblages moléculaires à une résolution atomique (entre 0,15 et 0,4 nm de résolution). Dès le milieu des années 1970, il obtient, avec Nigel Unwin, la carte à 0,7 nm de résolution d’une protéine, la bactériorhodopsine. En 1990, il publie la structure de cette même protéine à une résolution de 0,19 nm, démontrant ainsi le potentiel de la cryoME en biologie structurale.