L’équipe d’immunologie structurale

L’intégrité des organismes est assurée par le système immunitaire en éliminant les substances dangereuses, comme les agents pathogènes, auxquelles ils sont exposés. La problématique commune consiste à déterminer les bases structurales de la discrimination spécifique entre les éléments normaux du sujet sain et les éléments à éliminer car ils sont soit étrangers (non-soi), soit altérés (comme les cellules apoptotiques ou les fibrilles amyloides).

Les projets de recherche sont développés autour des deux axes principaux suivants :

Etude structurale des protéines de l’immunité innée

Responsable : Christine GABORIAUD

Objectifs : Résoudre et analyser les structures de protéines et leurs complexes permettant de déchiffrer les mécanismes moléculaires impliqués dans les étapes précoces de l’immunité innée. Ceci implique par exemple de définir les bases structurales de la spécificité de reconnaissance de certaines protéines de l’immunité pour des pathogènes, des cellules apoptotiques ou des formes anormales de protéines du soi. Cette étude structurale est réalisée en étroite collaboration avec l’équipe ’immunité innée’ du LEM (voir aussi leurs descriptions et leur gallerie d’illustrations montrant les modèles résolus).

Protéines étudiées : L’immunité innée fournit une 1ère ligne de défense contre les infections grâce à l’action concertée de molécules de reconnaissance,comprenant à la fois des molécules solubles et des récepteurs membranaires. Certaines de ces protéines de reconnaissance solubles ont développé la possibilité de s’associer à des protéases modulaires, ce qui leur permet d’initier des réactions de défense en réponse à la détection d’éléments pathogènes. Ainsi, la protéine C1q s’associe aux protéases C1r et C1s pour former le complexe C1, qui est responsable de l’activation de la voie classique du système du complément, un effecteur majeur de l’immunité innée. D’autres exemples de protéines de reconnaissance solubles sont la MBL (Mannan-binding lectin) et les ficolines L et H. Ces lectines oligomériques reconnaissent des motifs à la surface des pathogènes et déclenchent la voie lectine du système du complément par l’intermédiaire des protéases MASPs (MBL-associated proteases) auxquelles elles sont associées. Nous souhaitons nous intéresser aussi dans le futur aux interactions des molécules C1q, MBL ou ficolines avec leur(s) récepteur(s) cellulaires, ainsi qu’aux interactions directes de l’ensemble de ces molécules avec des éléments pathogènes.

Thèmes

• Protéines de l’immunité innée : structure et fonction des complexes protéolytiques activant le système du complément : complexe C1 (voie « classique ») et complexes MBL-MASPs ou ficolines-MASPs (voie « lectine »).

• Bases structurales de la spécificité de reconnaissance des ficolines.

• Bases structurales du spectre étendu de reconnaissance par la sous-unité C1q du complexe C1, incluant les cellules apoptotiques et la forme pathologique de la protéine prion.

Mots clés

Immunité innée - Complément - Reconnaissance moléculaire - Protéases à sérine - Protéine prion - Domaines fibrinogène - Cellules apoptotiques - Phagocytose - Interactions hôte-pathogène.

Techniques spécialisées

Cristallisation de protéines - Résolution de structure de protéines par diffraction des rayons X -

Publications marquantes :

Païdassi H., Tacnet-Delorme P., Garlatti V., Darnault C., Ghebrehiwet B., Gaboriaud C., Arlaud G.J., Frachet P. (2008) C1q binds phosphatidylserine and likely acts as a multiligand-bridging molecule in apoptotic cell recognition. J. Immunol. 180, 2329-2338.

Garlatti V., Martin L., Gout E., Reiser J.B., Fujita T., Arlaud G.J., Thielens N.M., Gaboriaud C. (2007) Structural basis for innate immune sensing by M-ficolin and its control by a pH-dependent conformational switch. J. Biol. Chem. 282, 35831-35841.

Arlaud G.J., Barlow P.N., Gaboriaud C., Gros P., Narayana S.V. (2007) Deciphering complement mechanisms : the contributions of structural biology. Mol. Immunol. 44, 3809-3822.

Garlatti V., Belloy N., Martin L., Lacroix M., Matsushita M., Endo Y., Fujita T., Fontecilla-Camps J.C., Arlaud G.J., Thielens N.M., Gaboriaud C. (2007) Structural insights into the innate immune recognition specificities of L- and H-ficolins. EMBO J. 26, 623-633.

Gaboriaud C., Thielens N. M., Gregory L. A., Rossi V., Fontecilla-Camps J. C. and Arlaud. G. J (2004) Structure and activation of the C1 complex of complement : unravelling the puzzle. Trends in Immunol. 25, 368-373.

Gregory L.A., Thielens N.M., Matsushita M., Sorensen R., Arlaud G.J., Fontecilla-Camps J.C. & Gaboriaud C. (2004) The X-ray structure of human Mannan-binding lectin- Associated protein 19 (MAp19) and its interaction site with Mannan-binding Lectin and L-ficolin, J. Biol. Chem. 279, 29391-29397

Gaboriaud, C., Juanhuix, J., Gruez, A., Lacroix, M., Darnault, C., Pignol, D., Verger, D., Fontecilla-Camps, J.C. & Arlaud, G.J. (2003) The crystal structure of the globular head of complement protein C1q provides a basis for its versatile recognition properties. J. Biol. Chem. 278, 46974-46982..

Budayova-Spano, M., Lacroix, M., Thielens, N.M., Arlaud, G.J., Fontecilla-Camps, J.C. & Gaboriaud C. (2002) The crystal structure of the zymogen catalytic domain of complement protease C1r reveals that a disruptive mechanical stress is required to trigger activation of the C1 complex. EMBO J. 21, 231-239.

Gaboriaud, C., Rossi, V., Bally, I., Arlaud, G.J. & Fontecilla-Camps, J.C. (2000) Crystal structure of the catalytic domain of human complement C1s : a serine protease with a handle. EMBO J. 19, 1755-1765.

Biologie structurale des protéines de l’immunité

Equipe

Responsable : D. HOUSSET Membres : Jean-Baptiste Reiser (CR2 CNRS), Anne Chouquet (Technicienne CEA), Paul Machillot (Technicien CDD ANR), Marion Sevajol (Doctorante)

Thèmes scientifiques

L’équipe a pour objectif de répondre à un certain nombre de questions complexes que pose la compréhension du système immunitaire, sous l’angle de la biologie structurale. Deux thèmes principaux constituent le cœur de notre travail :

1 - Les protéines impliquées dans les voies de signalisation qui conduisent à la phagocytose des cellules apoptotiques.

C’est un projet nouveau, qui repose sur la mise en commun de compétences techniques très larges, de la biologie cellulaire à la biologie structurale et d’un intérêt scientifique partagé pour comprendre les mécanismes de reconnaissance et de signalisation mis en jeu, qui conduisent à l’activation des GTPases qui elle-même induit l’internalisation. Nous nous focalisons sur les aspects structuraux et les interactions inter-domaines ou inter-moléculaires qui interviennent au cours de la signalisation induisant la modification de la morphologie de la membrane précédant l’internalisation. En partenariat avec J.-P. Kleman, P. Frachet et P. Tacnet, nous comptons mieux comprendre comment différents événements de reconnaissance à la surface des macrophages contrôlent la cascade de signalisation qui conduit à une réponse immunitaire adaptée.

2 - La réponse cellulaire et la reconnaissance d’antigènes viraux et tumoraux par les lymphocytes T.

Nous cherchons à décrypter les bases structurales et moléculaires de la réponse lymphocytaire T pour mieux comprendre comment les antigènes viraux ou tumoraux sont capables de déclencher une réponse spécifique efficace et servir de base à la conception de nouveaux vaccins, préventifs ou thérapeutiques. Dans ce domaine, sur lequel nous travaillons depuis plusieurs années, nous avons une très bonne reconnaissance nationale et internationale, et recevons régulièrement des demandes de collaborations de la part d’immunologistes. Les collaborations qui nous avons établies avec les équipes de Marc Bonneville (INSERM, Nantes) et Bernard Malissen (CIML, Marseille) financées par l’ANR sont très fructueuses. Une collaboration qui a débuté avec l’équipe d’Els Goulmy (Université de Leiden, Pays-Bas) fin 2006 a permis de mieux comprendre les bases de la reconnaissance d’antigènes antitumoraux et l’impact de différences allèliques sur cette reconnaissance. Ces projets permettent de faire le lien entre les aspects moléculaires à l’échelle atomique et les aspects cellulaires et cliniques de l’activation d’une réponse.

Nos thématiques s’intègrent pleinement dans l’axe « Immunité et Interactions Hôte-Pathogène » de l’IBS et dans l’un des grands thèmes du PSB. Elles entrent également dans l’axe infectiologie de FINOVI sur le plan régional.

En plus de ces 2 thèmes principaux, des études plus ponctuelles, notamment à la demande de nos collègues biologistes de l’IBS ou l’iRTSV, sont réalisées afin d’apporter un éclairage structural à des questions biologiques. Une collaboration avec Jean-Michel Jault est à l’étude sur certaines GTPases. Une collaboration avec Claude Cochet de l’iRTSV sur des complexes kinase CK2/inhibiteur est en cours et implique Jean-Baptiste Reiser.

Enfin, si notre domaine de compétence est centré sur la cristallographie des protéines, nous envisageons d’ utiliser d’autres techniques structurales très complémentaires comme la RMN, la diffusion aux petits angles ou la microscopie électronique lorsque les molécules impliquées s’y prêtent.

Localisation

L’équipe est installée au CIBB. Elle y dispose des équipements nécessaires à la production des échantillons de protéines, du clonage à la purification, et à l’analyse des données cristallographiques. Les expériences de cristallisation sont réalisées au LCCP. Notre activité est en lien direct avec le PSB, et nous utilisons intensivement certaines des plateformes (contrôle qualité, HTX lab, lignes de lumière de l’ESRF, SPR, ESPRIT).

Publications marquantes

Gras S, Chaumont V, Fernandez B, Carpentier P, Charrier-Savournin F, Schmitt S, Pineau C, Flament D, Hecker A, Forterre P, Armengaud J and Housset D (2007) Structural insights into a new homodimeric self-activated GTPase family. EMBO Reports 8 : 569-575

Housset, D. and Malissen, B. (2003) What do TCR-pMHC crystal structures teach us about MHC restriction and alloreactivity ? Trends Immunol., 24, 429-437.

Mazza, G., Housset, D., Piras, C., Gregoire, C., Fontecilla-Camps, J.C. and Malissen, B. (1999) Structural features of the interaction between an anti-clonotypic antibody and its cognate T-cell antigen receptor. J Mol Biol, 287, 773-780.

Mazza, G., Housset, D., Piras, C., Gregoire, C., Lin, S.Y., Fontecilla-Camps, J.C. and Malissen, B. (1998) Glimpses at the recognition of peptide/MHC complexes by T-cell antigen receptors. Immunol Rev, 163, 187-196.

Reiser, J.B., Darnault, C., Grégoire, C., Mosser, T., Mazza, G., Kearney, A., van der Merwe, P.A., Fontecilla-Camps, J.C., Housset, D. and Malissen, B. (2003) CDR3 loop flexibility contributes to the degeneracy of TCR recognition. Nat Immunol, 4, 241-247.

Reiser, J.B., Darnault, C., Guimezanes, A., Gregoire, C., Mosser, T., Schmitt-Verhulst, A.M., Fontecilla-Camps, J.C., Malissen, B., Housset, D. and Mazza, G. (2000) Crystal structure of a T cell receptor bound to an allogeneic MHC molecule. Nat Immunol, 1, 291-297.

Reiser, J.B., Gregoire, C., Darnault, C., Mosser, T., Guimezanes, A., Schmitt-Verhulst, A.M., Fontecilla-Camps, J.C., Mazza, G., Malissen, B. and Housset, D. (2002) A T cell receptor CDR3beta loop undergoes conformational changes of unprecedented magnitude upon binding to a peptide/MHC class I complex. Immunity, 16, 345-354.