Une étude, dont les résultats intitulés «Molecular nucleation mechanisms and control strategies for crystal polymorph selection» ont été publiés dans la revue Nature, a permis de découvrir les détails moléculaires de la sélection polymorphe des cristaux de macromolécules.

Notons tout d'abord qu'il peut être «atrocement difficile» de produire des cristaux de macromolécules, «une étape nécessaire pour comprendre la structure des protéines, les briques de la vie»: en effet, s'il «est bien connu que les cristaux se forment à travers le groupement spontané de molécules, en adoptant une structure périodique en trois dimensions», la façon précise dont les molécules réalisent cet exploit «est encore un mystère».

En outre, le fait qu'une seule molécule «peut également s'organiser en différentes structures cristallines, appelées polymorphes» complique le problème. Comme «ces polymorphes ont généralement des propriétés physiques différentes», ce phénomène a «un effet profond sur les caractéristiques finales du matériau formé»: en ce qui concerne les cristaux de protéines, les polymorphes auront, par exemple, «des vitesses de dissolution différentes, ce qui est pertinent pour les applications de délivrance de médicaments».

Alors qu'actuellement, il est difficile de «contrôler le processus de cristallisation pour obtenir le polymorphe de choix» parce que «les mécanismes sous-jacents à la sélection polymorphe sont encore peu clairs», l'étude ici présentée a pour la première fois réussi, au moyen d'une cryo-microscopie électronique à transmission, à prévoir «la 'naissance' des cristaux de protéines avec une résolution moléculaire, découvrant un processus hiérarchique plutôt complexe qui implique différentes étapes d'auto-assemblage à des échelles de longueur croissante».

De plus, «les voies de nucléation de plusieurs polymorphes» ont été cartographiées. Il est ainsi apparu «que la sélection polymorphe est dictée par l'architecture des plus petits fragments possibles formés au début du processus de cristallisation» de sorte qu'une fois que cette structure précurseur est formée, «le résultat du processus est décidé».

L'analyse et la compréhension des différences de structure des différents noyaux, a enfin permis de développer «des stratégies pour guider le processus de sélection polymorphe» en accordant, par mutagénèse dirigée (*), «les différents modes d'interaction qui existent entre les macromolécules» et 'poussant' «le résultat du processus de nucléation dans un sens ou dans un autre».

En fin de compte, «ces connaissances sont non seulement pertinentes pour les macromolécules, mais peuvent également être traduites en d'autres substances qui forment des cristaux (tels que des composés pharmaceutiques ou des solides inorganiques d'intérêt industriel)».

Surtout, «cette étude ouvre une nouvelle voie pour suivre les processus d'auto-assemblage des protéines impliquées dans divers troubles pathologiques, tels que la séparation liquide-liquide dans la formation de la cataracte oculaire ou la formation de fibres amyloïdes associées à une gamme de troubles neurologiques».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) Mutagénèse