Development of serial protein crystallography with synchrotron radiation

Résumé : Le rayonnement synchrotron est l'un des facteurs clés du grand succès de la cristallographie macromoléculaire au cours des dernières décennies. Plus de 90% de toutes les structures de protéines de la base de données PDB a été résolu par cristallographie en utilisant des sources de rayonnement synchrotron et environ 95% d'entre elles a été déterminé à partir de cristaux congelés.Cependant, les structures déterminées par des techniques de congélation sont limitées par la nature statique des cristaux congelés. Avec le développement récent des sources de RX produites par lasers à électrons libres (XFEL), qui sont en mesure de produire des impulsions femtosecondes très intenses de rayons X, l'ère de la « diffraction avant destruction » et de la cristallographie sérielle femtoseconde utilisant des micro- ou nano- cristaux a commencé (SFX).Au cours du procédé SFX un cristal de protéine n'est exposé qu'une fois au faisceau de rayons X pendant quelques dizaines de femtosecondes avant qu'il ne soit complètement détruit. Les données sont collectées à partir de cristaux orientés de façon aléatoire par rapport au faisceau de rayons X; une seule exposition par cristal est possible. Afin de recevoir un ensemble de données plus complet, de nouvelles techniques d'analyse de données de diffraction ont été développées.La première expérimentation réussie du procédé (SFX) a été réalisée au LCLS à Stanford en décembre 2009 sur des cristaux du photosystème I et de lysozyme. Les experts en cristallographie des installations XFEL peuvent déterminer des structures de protéines à température ambiante presque exemptes de dégâts d'irradiation, en raison des pulses de FEL femtosecondes si brèves, qu'ils passent à travers l'échantillon avant que des dommages de rayonnement importants ne se produisent.Après la présentation des premières expériences SFX réussies, des efforts pour effectuer une cristallographie en série de cristaux de taille de l’ordre des micromètres à température ambiante ont commencé au sein des synchrotrons. Une première tentative de cristallographie synchrotron en série et à température ambiante a été tentée à PETRA III à DESY à Hambourg. Cette méthode a été nommée SMX (synchrotron serial millisecond crystallography), où des milliers d'échantillons sont collectés à partir de cristaux individuels passant par le faisceau à rayons X. Avec le développement des techniques de cristallographie série à température ambiante au sein des synchrotrons, la répartition de la dose sur un grand nombre de cristaux compense l’augmentation des dommages liés à l’irradiation à température ambiante.Bien que les sources de rayonnement synchrotron n'atteindront probablement jamais la même luminosité que les impulsions de rayons X comme dans les XFELs, elles ont un certains nombre d'avantages. L'un d'eux est la flexibilité de configuration grâce au paramétrage de lignes de faisceaux microfocus. Un autre est que plusieurs expositions par cristal sont possibles. En outre, les synchrotrons sont plus répandus dans le monde: la probabilité d'obtenir un temps d'expérimentation dans un synchrotron est plus élevée que pour une installation XFEL. En effet, maintenant deux installations XFEL sont ouvertes pour les utilisateurs .L'objectif de cette thèse est de proposer et de mettre en œuvre des méthodes qui permettront de recueillir des données en utilisant l'approche de la cristallographie série à l'installation synchrotron européen (ESRF, Grenoble, France). Cette thèse présente différentes techniques pour réaliser la cristallographie sérielle sur la ligne ID13 à l’ESRF. L'objectif était de développer la cristallographie sérielle sur synchrotron basée sur la numérisation micro-diffraction pour démontrer que les sources de rayonnement synchrotron peuvent être utilisées comme un instrument de routine pour cette technique avec des protéines globulaires et membranaires. Les aspects de la collecte de données et leur traitement seront également discutés.
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Soumis le : vendredi 31 mars 2017 - 13:03:07
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Anastasiia Shilova. Development of serial protein crystallography with synchrotron radiation. Biophysics. Université Grenoble Alpes, 2016. English. 〈NNT : 2016GREAY034〉. 〈tel-01499403〉

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