Revue : RMN des matrices extracellulairesReview: NMR of extracellular matrices
Revue invitée (co-premier auteur, conception de la majorité des figures), couvrant les approches de RMN de l'état solide pour l'étude des matrices extracellulaires et parois cellulaires chez les algues, bactéries, champignons et plantes.Invited review (co-first author, designed most figures), surveying solid-state NMR approaches for the study of extracellular matrices and cell walls across algae, bacteria, fungi and plants.
Algues, bactéries, champignons et plantes ont chacun développé leur propre « armure » externe (paroi ou matrice extracellulaire) pour se protéger. Ces structures sont étudiées par RMN de l'état solide depuis des décennies, mais dans des communautés scientifiques cloisonnées qui ne se citent presque jamais entre elles. Personne n'avait encore réuni ces connaissances dispersées en un seul panorama.Algae, bacteria, fungi, and plants have each evolved their own protective outer "armour" (a cell wall or extracellular matrix). These structures have been studied by solid-state NMR for decades, but within siloed scientific communities that almost never cite each other. No one had yet gathered this scattered knowledge into a single panorama.
Invitée à la suite de l'impact de l'article sur Parachlorella (voir la publication sur les glycanes de microalgue), cette revue, co-rédigée à parts égales avec Nader Ghassemi, compare organisme par organisme les expériences de RMN de l'état solide employées, du simple spectre 1D aux corrélations multidimensionnelles, incluant la polarisation dynamique nucléaire (DNP), une technique qui démultiplie la sensibilité de la RMN et permet d'étudier des quantités de matière bien plus faibles.Invited on the strength of the Parachlorella paper's impact (see the microalgal glycans publication), this review, co-authored on equal footing with Nader Ghassemi, compares, organism by organism, the solid-state NMR experiments used, from simple 1D spectra to multidimensional correlations, including dynamic nuclear polarization (DNP), a technique that massively boosts NMR sensitivity and allows much smaller amounts of material to be studied.
Le résultat est une carte de référence pour le domaine : elle met en regard, pour la première fois, les stratégies de marquage isotopique, les expériences RMN et les architectures moléculaires révélées chez des organismes aussi différents que les diatomées, les microalgues vertes, les bactéries Gram+ et Gram−, les biofilms, les champignons ou les plantes. Elle dégage aussi des principes structuraux communs, par exemple la rigidité versus la mobilité de différents polymères de paroi, qui transcendent les frontières entre règnes du vivant.The result is a reference map for the field: for the first time, it lines up isotope-labelling strategies, NMR experiments, and the molecular architectures revealed across organisms as different as diatoms, green microalgae, Gram+ and Gram− bacteria, biofilms, fungi, and plants. It also draws out structural principles common across them, for instance the rigidity versus mobility of different cell-wall polymers, that cut across the boundaries between kingdoms of life.
D'un règne du vivant à l'autre, la RMN de l'état solide permet de regarder à l'intérieur de la même « armure » cellulaire (paroi ou matrice extracellulaire) sous des formes radicalement différentes.Across kingdoms of life, solid-state NMR makes it possible to look inside the same kind of cellular "armour" (a wall or extracellular matrix) taking radically different forms.
Comparaison de trois grands types de parois algales : (A) chez l'algue verte Ulva armoricana, un réseau d'ulvane, de xyloglucane et de glucoronane relié par des interactions ioniques et de type hydrogel ; (B) chez l'algue brune Sargassum sp., des microfibrilles de cellulose enchevêtrées avec du glucomannane et des glucanes/xylogalactanes sulfatés ; (C) chez l'algue rouge Chondria macrocarpa, un réseau d'alginate et d'homofucane autour de la cellulose, avec des glycoprotéines. Chaque panneau associe un modèle structural, une image SEM/TEM et le spectre RMN ¹³C correspondant.Comparison of three major algal cell-wall types: (A) in the green alga Ulva armoricana, a network of ulvan, xyloglucan and glucoronan held together by ionic and hydrogel-type interactions; (B) in the brown alga Sargassum sp., cellulose microfibrils entangled with glucomannan and sulfated glucans/xylogalactans; (C) in the red alga Chondria macrocarpa, an alginate and homofucan network around cellulose, decorated with glycoproteins. Each panel pairs a structural model with an SEM/TEM image and the corresponding ¹³C NMR spectrum.
(A) RMN en solution 2D sur cellules entières de C. reinhardtii, résolvant glucides et acides aminés. (B) Analyse en composantes principales de données HR-MAS distinguant quatre espèces de microalgues selon leur composition en métabolites. (C) Diversité morphologique de trois microalgues (C. reinhardtii, N. oculata, P. lutheri) : paroi, chloroplaste, vacuole, grain d'amidon. (D) Spectres RMN ¹³C 1D de C. reinhardtii séparant les molécules rigides (CP), mobiles (RINEPT) et une détection quantitative de l'ensemble (DP). (E) Classement des composants cellulaires du plus rigide (coquille minérale, amidon, cellulose) au plus mobile (xylane, chitine, mannane, lipides). (F) Corrélations RMN 2D superposant les molécules rigides (CP-DARR, bleu) et mobiles (RINEPT-TOBSY, rouge).(A) 2D solution NMR on whole C. reinhardtii cells, resolving carbohydrate and amino-acid signals. (B) Principal component analysis of HR-MAS data distinguishing four microalgal species by metabolite composition. (C) Morphological diversity of three microalgae (C. reinhardtii, N. oculata, P. lutheri): cell wall, chloroplast, vacuole, starch grain. (D) 1D ¹³C ssNMR spectra of C. reinhardtii separating rigid (CP), mobile (RINEPT), and quantitatively detected (DP) molecules. (E) Ranking of cell components from most rigid (mineral shell, starch, cellulose) to most mobile (xylan, chitin, mannan, lipids). (F) 2D NMR correlations overlaying rigid (CP-DARR, blue) and mobile (RINEPT-TOBSY, red) molecules.
(A) Spectre RMN 2D J-INADEQUATE de cellules de Parachlorella beijerinckii marquées au ¹³C, sélectionnant les polysaccharides mobiles. (B) Spectre de différence isolant les contacts inter-résidus à longue distance au sein de l'amidon, avec un schéma des corrélations observées entre deux unités de glucose. (C) Coupes 1D du spectre 2D montrant les couplages ¹J_CC (58 à 82 Hz) pour un résidu d'amidon, avec déconvolution des raies mesurées et simulées.(A) 2D J-INADEQUATE NMR spectrum of ¹³C-labelled Parachlorella beijerinckii cells, selecting the mobile polysaccharides. (B) Difference spectrum isolating long-range inter-residue contacts within starch, with a diagram of the observed correlations between two glucose units. (C) 1D cross-sections of the 2D spectrum showing ¹J_CC couplings (58 to 82 Hz) for a starch residue, with deconvolution of the measured and simulated lineshapes.