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Une précision étonnante : comment l’indice de décalage chimique identifie-t-il avec précision les hélices alpha et les feuillets bêta ?
Dans l'étude de la biochimie et de la biologie structurale, le Chemical Shift Index (CSI) est une technique largement utilisée, spécifiquement utilisée pour analyser les spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN) des protéines. Cette technologie peut afficher et identifier les sites (par exemple, positions de début et de fin) et les types (brins β, hélices α et régions de bobines aléatoires) de la structure secondaire des protéines en utilisant uniquement les données de déplacement chimique du squelette. David S. Wishart a commencé à développer cette technique en 1992, initialement pour l'analyse des déplacements chimiques du squelette 1Hα et élargie pour inclure les déplacements chimiques du squelette 13C en 1994.
Le cœur de la technologie de l'indice de déplacement chimique réside dans le fait qu'elle utilise les caractéristiques des changements de déplacement chimique des résidus d'acides aminés dans les hélices α et les feuillets β.
Le principe de base de cette méthode est que le déplacement chimique 1Hα est généralement déplacé vers le haut dans l'hélice α (c'est-à-dire vers la droite du spectre RMN) et vers le bas dans la feuille β (c'est-à-dire vers la droite du spectre RMN). ). gauche). Une tendance similaire peut également être trouvée dans les déplacements chimiques 13C de l’os dorsal.
Méthode de mise en œuvre
La méthode CSI est une technique basée sur des graphiques qui utilise des filtres numériques spécifiques aux acides aminés pour convertir chaque valeur de déplacement chimique du squelette spécifiée en un simple indice à trois états (-1, 0, +1). Les graphiques générés par cette méthode deviennent visuellement plus clairs et plus faciles à comprendre. Un résidu d'acide aminé se voit attribuer -1 si son décalage chimique 1Hα de décalage supérieur (par rapport à sa valeur de bobine aléatoire spécifique à l'acide aminé) est supérieur à 0,1 ppm, si son décalage inférieur est supérieur à 0,1 ppm, il est attribué à + 1 ; le changement de déplacement chimique est inférieur à 0,1 ppm, on lui attribue 0.
En traçant cet indice à trois états sous forme de graphique à barres, il est facile d'identifier les brins β (groupes de valeurs +1), les hélices α (groupes de valeurs -1) et les segments de bobines aléatoires (groupes de valeurs 0). valeurs).
De tels diagrammes facilitent l'identification des structures secondaires des protéines. Lors de l'identification des types de structures secondaires, des structures telles que les brins β et les hélices α peuvent être identifiées par une simple observation.
Évaluation des performances
En utilisant uniquement les déplacements chimiques 1Hα et des règles de regroupement simples (groupes de trois barres verticales ou plus pour les brins β et groupes de quatre barres verticales ou plus pour les hélices α), le deuxième niveau de la méthode CSI permet d'obtenir une précision d'identification structurelle. généralement entre 75 % et 80 %. Cette performance dépend en partie de la qualité de l’ensemble de données RMN et de la technique (manuelle ou programmée) utilisée pour identifier la structure secondaire des protéines.
En combinant les cartes CSI des déplacements chimiques 1H et 13C pour générer un indice complet, la précision peut atteindre 85 % à 90 %.
Avec l'approfondissement de la recherche, les scientifiques ont découvert que non seulement le déplacement chimique de l'hélice α est lié à la structure secondaire, mais que la structure de la feuille β montre également de tels changements de déplacement chimique.
Contexte historique
La corrélation entre les déplacements chimiques et la structure secondaire des protéines a été décrite pour la première fois par John Markley et ses collègues en 1967. Avec le développement de la technologie moderne de RMN bidimensionnelle, il est devenu possible de mesurer davantage de déplacements chimiques des protéines. Dans les années 1990, après avoir collecté suffisamment d’affectations de déplacements chimiques 13C et 15N, les scientifiques ont découvert que les tendances de ces changements de déplacement chimique pourraient fournir un soutien solide au développement du CSI.
Facteurs limitants
Bien que la méthode CSI présente des avantages uniques, elle présente également certaines limites. Lorsque l’attribution des déplacements chimiques est incomplète ou erronée, ses performances en pâtissent. Plus important encore, la méthode est très sensible au choix des valeurs aléatoires de correction de la bobine. Généralement, les méthodes CSI sont plus efficaces pour identifier les hélices α (précision supérieure à 85 %) que les feuilles β (précision inférieure à 75 %). De plus, il ne parvient pas à identifier d’autres types de structures secondaires telles que les tours β.
En raison de ces lacunes, de nombreuses méthodes alternatives basées sur CSI ont été proposées, fournissant un moyen plus complet d'identification des structures secondaires.
Portée de l'application
Depuis sa première description en 1992, la méthode CSI a été utilisée pour caractériser la structure secondaire de milliers de peptides et de protéines. Il est populaire dans la communauté scientifique car il est facile à comprendre et peut être mis en œuvre sans nécessiter de procédures informatiques spécialisées. De nombreux programmes de traitement de données RMN couramment utilisés, tels que NMRView et divers serveurs réseau, ont incorporé des méthodes CSI dans ces cadres d'outils pour promouvoir leurs applications.
Cette méthode a de larges perspectives d'application dans la recherche sur les protéines. Elle ne se limite pas à l'identification de structures secondaires, mais peut également promouvoir davantage notre compréhension et l'exploration des fonctions des protéines. Face à l’avenir, de nouvelles technologies peuvent-elles être développées pour combler les lacunes des méthodes CSI ?
