Développement et applications de méthodes RMN rapides pour l'étude de la structure et la dynamique des protéines

Development and application of fast NMR methods for the study of protein structure and dynamics

• Auteur / Autrice : Paul Schanda
• Direction : Bernhard Brutscher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Méthodes physiques expérimentales et instrumentation
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction magnétique dipôle-dipôle

Protéines

Mots clés libres

Couplage dipolaire résiduel

RMN multidimensionnelle

Relaxation longitudinale

Effet overhauser nucléaire

Repliement de protéines

Echange amide

Spectroscopie

Résumé

La RMN multidimensionnelle (RMN-nD) est la méthode de choix pour l'étude structurale et dynamique des protéines en solution avec une résolution atomique. Une limitation de la RMN-nD est la longue durée de l'acquisition: le temps d'acquisition du jeu de données nécessaire pour une étude structurale est souvent de l'ordre de plusieurs semaines. De plus des processus cinétiques, qui se passent à l'échelle de la seconde, ne sont pas accessibles aux études en temps réel par RMN-nD en utilisant les méthodes standards. Ce travail présente des développements méthodologiques qui visent à accélérer la RMN-nD en optimisant la relaxation longitudinale des protons amides. Les méthodes proposées permettent d'acquérir des spectres de corrélation 2D 1H-15 N (3D 1H-15N-13C) en quelques secondes (quelques minutes). En plus, en combinaison avec des méthodes existantes (encodage spatial, encodage Hadamard), le temps d'acquisition pour des spectres 2D peut être réduit à une seconde. Des applications à l'étude de phenomène cinétiques des protéines sont montrées. Cette thèse présente aussi une nouvelle expérience RMN qui permet d'évaluer rapidement la qualité d'un échantillon de protéine, et une nouvelle méthode pour mesurer des couplages dipolaires résiduels entre protons amides avec une meilleure sensibilité que les méthodes existantes.

Multidimensional (nD) NMR is the method ofchoice for atom-resolved studies ofprotein structure and dynamics in solution. Among its current limitations are the long acquisition times required, translating to experimental times of several days or weeks for the set of experiments required for structural studies of proteins. Furthermore, real-time studies of kinetic processes occurring on a seconds time sc ale are inaccessible to standard nD NMR. This thesis is concerned with the development of fast nD NMR techniques based on longitudinal relaxation optimization. It is shown that 2D 1H-15N (3D 1H-15N-13C) correlation spectra can be obtained in only a few seconds (few minutes) of acquisition time for samples at millimolar concentration. Ln addition, the longitudinal relaxation optimized methods, when combined with alternative data sampling such as spatial or Hadamard encoding, can yield site-resolved 2D1H-15N correlation spectra in acquisition times down to one second. Applications of fast 2D methods to the study ofprotein folding and unfolding are shown. This thesis also presents a longitudinal relaxation optimized method for the sensitivity-enhanced measurement ofresidual dipolar couplings between amide protons, as well as a fast and simple experiment for the characterization of protein samples, which can be very useful in the context of screening of sample conditions.