J. Phys. IV France 12 (2002) Pr6-365
DOI: 10.1051/jp4:20020245

X-ray reflectivity investigations of two-dimensional assemblies of C-cadherins: First steps in structural and functional studies

L. Martel¹, C. Johnson², S. Boutet³, R. Al-Kurdi⁴, O. Konovalov⁵, I. Robinson³, D. Leckband² and J.-F. Legrand<sup>1

1</sup>  UMR 5819 du CEA-CNRS, Université J. Fourier, Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée, CEA/Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38054 Grenoble cedex 9, France
²  Center for Biophysics and Computational Biology, Departments of Biochemistry, Chemistry and Physics, 600 S. Mathews Ave., Urbana, IL 61801, U.S.A.
³  Department of Physics, University of Illinois, AT Urbana-Champaign, 1110 West Green Street, Urbana, IL 61801-3080, U.S.A.
⁴  Institut de Biologie Structurale, Laboratoire d'Ingénierie des Macromolécules, 41 avenue des Martyrs, 38027 Grenoble cedex, France
⁵  ESRF, 6 rue Jules Horowitz, BP. 220, 38043 Grenoble cedex, France

Abstract
Cadherins are transmembrane proteins involved in cell adhesion. They play a major role in recognition and adhesion between adjacent cells via calcium dependent interactions. Our studies aim at determining the laws of assembly of cadherins and locating the adhesive interactions along the proteins, starting from low-resolution structures obtained by X-rays grazing incidence reflectivity. We have realized monolayers of the extracellular fragment of C-cadherin of the frog Xenopus, anchored to nickel chelating lipids at the water surface. From X-ray reflectivity measurements carried out at ESRF, we have elaborated profiles of the electron density of the proteins along their axis with 0.9 nm resolution. We have studied their adhesive behaviour with high and low calcium concentrations and we show an ordering of the protein above I mM of calcium. We present an attempt to locate the binding of a short fragment of cadherin on the full-length protein. The complementarities of our results with those of biochemical studies should enable us to comprehend further cellular adhesion mechanisms.

Résumé
Les cadhérines sont des protéines transmembranaires impliquées dans l'adhésion cellulaire. Elles jouent un rôle majeur dans la reconnaissance et l'adhésion entre cellules contiguës via des interactions dépendantes du calcium. Nos études visent à déterminer les lois d'assemblage des cadhérines et à localiser les interactions adhésives le long des protéines, à partir de structures à basse résolution obtenues par réflectivité des rayons X en incidence rasante. Nous avons réalisé des monocouches de fragments extracellulaires de C-cadhérine de la grenouille Xenopus, ancrés à des lipides chélateurs d'un ion nickel déposés à la surface de l'eau. A partir de mesures de réflectivité des rayons X effectuées à l'ESRF, nous avons déterminé des profils de densité électronique des protéines le long de leur axe avec une résolution de 0.9 nm. Nous avons étudié leur comportement adhésif à faible et haute concentration en calcium, et nous montrons que la couche de protéine s'ordonne au-dessus de 1 mM de calcium. Nous présentons également une tentative de localisation de l'interaction

© EDP Sciences 2002