Advanced NMR methods to investigate complex biological systems
Méthodes avancées de la RMN pour étudier des systèmes biologiques complexes
Résumé
Determining the structures, dynamics and interactions between diverse biomolecules are essential information for the understanding of their diverse biological functions. Nuclear magnetic resonance spectroscopy is a unique tool to investigate molecular conformation and motions over a large range of timescales. In this thesis, we present our work of investigating complex biomolecular system using advanced NMR methods.We used high-resolution NMR relaxometry to identify interactions between metabolites and macromolecules in complex biological samples. The method is based on the measurement and analysis of longitudinal relaxation rates over three orders of magnetic field with high-resolution detection. This approach was first developed and validated on a model sample, then applied to biological fluids relevant for metabolomics studies: human blood plasma and serum. The size dispersion of macromolecules in human blood was estimated with Fast Field Cycling NMR. Identified metabolites revealed different features in high-resolution relaxation dispersion profiles. The interactions of some metabolites with macromolecules were characterized. Furthermore, we show that relaxation dispersion profiles are sensitive to competitive binding between small molecules. In parallel, we implemented different isotope labeling methods and NMR strategies to study two different proteins. Full length human XLF protein was analyzed by high-resolution NMR. Its intrinsically disordered region was assigned and its interaction with DNA was characterized for the first time by NMR. We also explored challenging selective isotope labeling on S. cerevisiae polymerase η.
La détermination des structures, de la dynamique et des interactions entre diverses biomolécules sont des informations essentielles pour comprendre leurs diverses fonctions biologiques. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire est un outil unique pour étudier la conformation et les mouvements sur une large gamme d'échelles de temps. Ici, nous présentons nos travaux d'exploration de systèmes biomoléculaires complexes à l'aide de méthodes RMN avancées.Nous avons utilisé la relaxométrie RMN à haute résolution pour identifier les interactions entre les métabolites et les macromolécules dans des échantillons biologiques complexes. La méthode est basée sur la mesure et l'analyse des taux de relaxation longitudinale sur trois ordres de champ magnétique avec détection haute résolution. Cette approche a d'abord été développée et validée sur un échantillon modèle, puis appliquée à des fluides biologiques pertinents pour les études métabolomiques. Les métabolites identifiés ont révélé différentes caractéristiques dans les profils de dispersion de relaxation à haute résolution. Les interactions de certains métabolites avec les macromolécules ont été caractérisées. De plus, nous montrons que les profils de dispersion de relaxation sont sensibles à la liaison compétitive entre les petites molécules.Nous avons aussi étudié deux protéines en utilisant différentes méthodes de RMN à haute résolution. La région intrinsèquement désordonnée de la protéine XLF humaine a été attribuée et son interaction avec l'ADN a été caractérisée pour la première fois par RMN. Nous avons également exploré la difficulté du marquage sélectif des isotopes sur la polymérase η de S. cerevisiae.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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