Une étude, dont les résultats intitulés «Structural and dynamics analysis of intrinsically disordered proteins by high-speed atomic force microscopy» ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology et sont disponibles en pdf, a permis de décrire une méthode très puissante qui permet de visualiser les mouvements des 'protéines intrinsèquement désordonnées' («Intrinsically Disordered Proteins», IDPs) à l’échelle de la molécule unique, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour la caractérisation de ces protéines dont l’étude est très difficile.

Relevons tout d'abord que les protéines intrinsèquement désordonnées «sont très répandues dans le monde vivant et caractérisées par leur incapacité à adopter une structure tridimensionnelle unique et précise» de sorte que «leur forme (ou conformation) change en permanence». Néanmoins, «elles restent capables d’exercer une fonction biologique qui repose précisément sur cette absence de structure fixe».

Comme «leur malléabilité leur permet d’établir des interactions avec de nombreux partenaires», ces IDPs «sont souvent impliquées dans des phénomènes de régulation de processus biologiques» et «leur dysfonctionnement peut conduire à de nombreuses pathologies telles que le cancer, les maladies cardiovasculaires et les maladies neurodégénératives».

Concrètement, «lors de l’interaction avec leurs partenaires, les IDPs peuvent partiellement se replier, c'est à dire subir une transition désordre-ordre, et adopter une structure rigide sur au moins une partie de leur chaine d'acides aminés». Du fait que «ces régions ont souvent une propension à se replier partiellement même en l’absence de partenaire», il est important de les identifier «car il s’agit très souvent de sites impliqués dans la reconnaissance de partenaires», qui constituent «des cibles potentielles dans des approches thérapeutiques».

Actuellement, «les techniques les plus utilisées pour l’étude des IDPs fournissent des informations qui sont 'moyennées' sur l’ensemble des formes que l’IDP peut adopter/explorer, et sont incapables d’examiner les différentes conformations individuelles». D'autre part, les approches alternatives existantes permettant de contourner cette limitation souffrent «d’autres limitations techniques».

Dans ce contexte, «la microscopie à force atomique ('Atomic Force Microscopy', AFM) a la capacité unique de visualiser à haute résolution des échantillons biologiques déposés sur des surfaces inertes (typiquement du mica)», la visualisation reposant «sur la capacité d’une pointe de dimensions atomiques à explorer la forme de la macromolécule biologique (une protéine ou un acide nucléique notamment, ou encore un complexe entre les deux ..) déposée sur la surface inerte».

Les mouvements de cette pointe étant ensuite transformés en images et «les processus dynamiques impliquant les biomolécules se produisant sur une échelle de temps très courte (milliseconde voire moins)», il est impératif pour pouvoir les décrire «de disposer d’une technologie à haute vitesse, permettant d’enregistrer une image en un lapse de temps très court (de l’ordre de 30 à 60 millisecondes)».

Cette technologie, c’est celle de «la microscopie à force atomique a grande vitesse ('High Speed Atomic Force Microscopy', HS-AFM)», qui a été utilisée par l'étude ici présentée pour analyser plusieurs IDPs et obtenir «des films permettant de visualiser leurs mouvements à l’échelle de la molécule unique». Grâce à ces films, en faisant un 'arrêt sur image' et en examinant un grand nombre de ces images, «il est possible d’extraire toute une série de paramètres physiques (dimensions, épaisseur, présence ou absence de globules)».

Au bout du compte, il a été possible d'identifier «les régions qui restent désordonnées en permanence et celles qui, au contraire, se replient, et cela avec une précision approchant le niveau de l’acide aminé». Il a été également possible de «quantifier la propension de ces régions à se replier». De plus, l’HS-AFM a fourni «des informations sur la nature structurale des régions repliées de manière transitoire, en permettant notamment de discriminer entre une hélice α et un repliement non régulier».

Il en résulte que l'HS-AFM est «une technique très puissante pour caractériser les IDPs», puisqu'en «permettant de visualiser et analyser des molécules uniques elle permet de résoudre leur hétérogénéité conformationnelle et ainsi d'en apprendre beaucoup plus que dans l'analyse d’une population de molécules dont on ne peut extraire que des valeurs moyennes».