Une étude, dont les résultats intitulés «Observing the overall rocking motion of a protein in a crystal» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis de montrer pour la première fois, grâce à la combinaison de la cristallographie et de la résonnance magnétique nucléaire (RMN) avec des simulations, que des mouvements résiduels continuent d'animer les protéines au sein d'un cristal et que ce mouvement 'floute' les structures obtenues par cristallographie de sorte que, plus ces mouvements résiduels sont amortis, meilleur est l'ordre cristallin.

Rappelons tout d'abord que «la cristallographie aux rayons X permet de connaître la structure tridimensionnelle d'une molécule, donc de comprendre son fonctionnement et potentiellement d'exploiter ces connaissances pour, par la suite, moduler son activité, notamment en vue d'un usage thérapeutique ou biotechnologique». Cette méthode est ainsi «la plus prolifique pour la détermination de structures de protéines».

Cependant, «la qualité d’une structure cristallographique dépend du 'degré d’ordre' dans le cristal»: en effet, plusieurs milliers de milliards de protéines, qui «mesurent en général quelques nanomètres» doivent «s’agencer parfaitement, et en trois dimensions, pour constituer un réseau cristallin bien ordonné», mais, parfois, «des cristaux pourtant macroscopiquement parfaits déçoivent une fois irradiés par les rayons X, frustrant ainsi la caractérisation structurale».

Pour expliquer ce paradoxe, l'hypothèse de l'existence de mouvements d’ensemble des protéines cristallisées a été avancée sans que, jusqu'ici, cette supposée dynamique résiduelle lente n’ait «été directement observée dans un cristal». Ce n'est plus le cas, désormais, grâce à l' étude ici présentée qui a utilisé «une approche multi-technique, combinant la spectroscopie par RMN à l’état solide, les simulations de dynamique moléculaire, et la cristallographie aux rayons X».

La RMN du solide a ainsi permis de mesurer «la dynamique d’une protéine modèle, l’ubiquitine, dans trois de ses formes cristallines», ce qui a fait apparaître «que même cristallisées, les protéines restent animées de légers mouvements résiduels», qui «sont d’autant moins amortis que le cristal est moins compact».

De leur côté, les données cristallographiques, relatives à ces trois types de cristaux, indiquent également «que plus le cristal est compact, et mieux il diffracte (et donc mieux on peut déterminer la structure des protéines qui le compose)».

Enfin, les simulations de dynamique moléculaire, réalisées pour chacune des trois formes cristallines afin de «reconstituer le mouvement des protéines dans ces réseaux cristallins», suggèrent «qu’au sein des cristaux, les protéines tournent sur elles-mêmes de quelques degrés, à l’échelle de la microseconde» en une sorte de 'balancements' d’autant plus marqués que le cristal est peu compact, ce qui est «en accord avec les mesures de RMN».

Cette étude, qui «contribue à mieux comprendre l'impact des mouvements moléculaires lents sur la qualité des structures cristallographiques» et «plus généralement la dynamique des molécules à l’échelle atomique», explique en partie «pourquoi certains cristaux, quoique macroscopiquement 'beaux', se révèlent vides d’information une fois étudiés par cristallographie».