Amphipols : des polymères amphiphiles qui stabilisent les protéines membranaires en solution aqueuse

Concept. Dans une solution détergente de protéine membranaire (PM), les molécules de détergent sont en équilibre rapide entre les monomères, les micelles, et la couche de détergent adsorbée sur la surface transmembranaire de la protéine, qui rend le complexe PM/détergent hydrosoluble. Pour empêcher que les PMs n'agrègent, elles doivent être manipulées au dessus de la cmc du détergent, donc en présence de micelles libres. Celles-ci peuvent dissoudre les molécules hydrophobes ou amphiphiles stabilisantes, p. ex. les lipides, ce qui est une cause majeure de l'inactivation des PMs. Ce phénomène pourrait en principe être évité en recourrant à des molécules dont l'affinité pour la surface transmembranaire hydrophobe des PMs serait tellement élevée que la présence de traces de ces tensioactifs suffirait à maintenir les PMs solubles. Ce concept a conduit à la création des "amphipols" (APols), définis comme des "polymères amphiphiles capables de former avec les PMs de petits complexes hydrosolubles" (Fig. 1).

Figure 1. Structure chimique de l'amphipol A8‑35 ; x ≈ 35%, y ≈ 25%, et z ≈ 40%. Le nombre moyen d'unités par chaîne est d'environ 70 et la masse moléculaire moyenne de 9-10 kDa.(Tribet et al., PNAS, 1996)

Validation du concept. Les APols peuvent être greffés avec des groupes fonctionnels tels que la sonde fluorescente NBD, ce qui rend l'APol fluorescent (FAPol) sans affecter ses propriétés physico-chimiques. Des mesures de FRET montrent que la dilution de complexes PM/FAPol par du tampon n'entraîne aucune désorption détectable du FAPol, même après de très longues périodes (heures-jours) (Fig. 2, gauche). En revanche, le FAPol associé à la PM est facilement déplacé par d'autres tensioactifs, p. ex. par du détergent ou de l'APol non fluorescent (Fig. 2, droite).

Figure 2. A gauche: Stabilité de la fluorescence de complexes tOmpA/FAPol après dilution d'un facteur 1000X par du tampon sans APol, démontrant l'absence de dissociation. A droite: Cinétique de déplacement du FAPol lié à tOmpA par de l'APol non marqué après addition d'un excès de 50X de ce dernier: pourvu que les interactions électrostatiques répulsives entre APol libre et lié soient écrantées, l'échange est rapide (minutes) (voir Zoonens et al., Biochemistry, 2007)

Pour davantage d'information sur les amphipols et leurs applications, voir http://www.ibpc.fr/amphipol/amphipol_history/amphipol_principle/amphipol_principle.html