Aperçu Général

L’analyse de structure par cryo-microscopie électronique (cryo-ME) englobe les flux de travail computationnels qui reconstruisent des structures macromoléculaires tridimensionnelles à partir de dizaines de milliers d’images de projection bidimensionnelles acquises par un microscope électronique. En cryo-ME à particule unique, des macromolécules purifiées incorporées dans de la glace vitreuse sont imagées dans des orientations aléatoires, et des algorithmes sophistiqués déterminent les orientations, classifient les états conformationnels et reconstruisent une carte de densité tridimensionnelle à résolution quasi atomique. La révolution de la résolution de la dernière décennie a fait de la cryo-ME la méthode de choix pour de nombreux complexes macromoléculaires grands et flexibles.

Méthodes

Le pipeline computationnel commence par la correction de mouvement et l’estimation de la fonction de transfert de contraste (CTF) pour corriger le mouvement induit par le faisceau et les aberrations optiques. La sélection de particules: de plus en plus effectuée par des outils basés sur l’apprentissage profond comme Topaz et crYOLO, identifie les images de particules individuelles. La classification 2D regroupe les particules en classes homogènes, et la classification 3D sépare les différents états conformationnels. La reconstruction 3D utilisant des méthodes basées sur Fourier (RELION, cryoSPARC) affine itérativement les paramètres d’orientation et construit la carte de densité. La résolution finale est évaluée par le critère de corrélation de couches de Fourier (FSC).

Applications

La cryo-ME a résolu des structures du ribosome, du spliceosome, des protéines membranaires et des capsides virales qui étaient inaccessibles à la cristallographie aux rayons X en raison de leur taille ou de leur flexibilité. Les cartes de densité résultantes permettent la construction de modèles atomiques, qui sont validés par rapport aux principes connus de la structure des protéines. La cryo-ME révèle l’architecture de grandes structures cellulaires et organites, notamment le complexe du pore nucléaire et les supercomplexes respiratoires mitochondriaux. La technique repose sur les techniques de microscopie pour le criblage d’échantillons et est devenue partie intégrante de la biologie structurale, avec l’analyse computationnelle comme technologie habilitante centrale.