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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Faits marquants

Filmer les Machines Biologiques en Action

De très nombreuses fonctions cellulaires fondamentales sont réalisées par des assemblages protéiques de grande taille. Cela concerne en particulier le contrôle qualité des protéines, processus par lequel les cellules assurent le recyclage ou le bon repli de leurs principaux constituants, afin d’éviter l’accumulation de protéines mal repliées, agrégats ou fibrilles. Ces grandes machineries - chaperones, protéases et peptidases - sont complexes et dynamiques. Les études des telles machines biologiques présentent un défi pratique considérable, du fait de la taille même de ces particules, de la complexité de leurs substrats biologiques et des réarrangements structuraux impliqués. Les chercheurs de l’IBS ont mis en place une approche reposant sur un marquage isotopique des groupements méthyle dans les protéines pour observer en solution par RMN des assemblages de très haut poids moléculaire. Cette méthode a été utilisée pour l’étude structurale et fonctionnelle d’une chaperonine de 1 MDa activée par l’ATP, durant le repliement de sa protéine cliente. Ils ont ainsi pu sonder les événements de liaison et d’hydrolyse de l’ATP, les liaisons transitoires des protéines non repliées et les réarrangements structuraux dans cette grande machinerie biologique en action. Les résultats, publiés dans Sciences Advances le 19 septembre 2018, révèlent le mode de régulation du cycle fonctionnel de cet assemblage complexe. Ces nouvelles technologies ouvrent de nouvelles pour étudier directement les structures et les mécanismes de diverses machines biologiques pendant qu’elles exécutent leurs fonctions physiologiques. Elles ont été implémentées sur les plateformes de marquage isotopique et de RMN haut champ de l’ISBG, toutes les deux accessibles aux chercheurs nationaux et européen grâce au soutien de l’IR-RMN, FRISBI, Instruct-ERIC et iNext. (Détails)

Structural Investigation of a Chaperonin in Action Reveals How Nucleotide Binding Regulates the Functional Cycle. Mas G, Guan J-Y, Crublet E, Colas Debled E, Moriscot C, Gans P, Schoehn G, Macek P, Schanda P, Boisbouvier J. Science Advances 2018 September 19

Continuité géochimique et remplacement des catalyseurs et cofacteurs dans l’émergence et l’évolution de la vie

Évolution de la synthèse d'adénine et uracile depuis une surface minéral jusqu'à l'ATPLes hypothèses actuelles sur l’origine de la vie postulent qu’elle a pu débuter soit avec la réplication, dans une soupe primordiale, de polymères contenant des informations génétiques avec des propriétés catalytiques limitées (le « Monde ARN »), soit avec des voies métaboliques interactives ayant lieu sur des surfaces minérales ou à proximité de celles-ci. Cette dernière possibilité peut être explorée si un processus géochimique continu et catalytiquement dynamique est supposé. Dans cet Essai, il est proposé que la synthèse des bases purines et pyrimidines des acides nucléiques a été initiée sur une surface minérale, qui a ensuite été remplacée par l’adénosine triphosphate (ATP). En effet, pour des molécules portant un groupement –COOH, la fixation sur une surface minérale (TiO2, silicates, oxydes métalliques) équivaut à la phosphorylation de ces molécules par l’ATP. Dans les deux cas, l’atome de carbone de ce groupement chimique est rendu réactif vis-à-vis de l’attaque par une fonction amine (-NH2). Dans le cas de la synthèse de la base adénine (une purine) ce type de réaction est utilisée pour générer ses 9 liaisons N-C. La transition vers l’utilisation de l’ATP, une molécule soluble, a pu libérer un organisme très primitif de son berceau minérale. Un raisonnement équivalent peut s’appliquer avec le transfert d’un ion hydrure (H-) depuis une surface du type Ni(S)Fe vers le cofacteur nicotinamide adénine dinucléotide (NAD).

Geochemical Continuity and Catalyst/Cofactor Replacement in the Emergence and Evolution of Life. Fontecilla-Camps JC. Angewandte Chemie International Edition. doi : 10.1002/anie.201808438

Sigrid Milles, lauréate d’une prestigieuse bourse européenne « ERC Starting Grants » 2018

Le Conseil européen de la recherche (European Research Council , ERC) vient de décerner une bourse "Starting Grant" à Sigrid Milles, membre du groupe ‘flexibilité et dynamique des protéines’ de l’IBS, pour l’étude - par spectroscopie de fluorescence à molécule unique et résonance magnétique nucléaire - des protéines intrinsèquement désordonnées impliquées dans l’endocytose.

Sigrid Milles est chercheuse CNRS à l’Institut de Biologie Structurale de Grenoble. Son projet intitulé ‘MultiMotif’ a été sélectionné pour un financement ERC Starting Grant sur les cinq ans qui viennent. L’excellence scientifique au niveau européen est l’un des principaux critères de sélection de ces bourses qui récompensent des projets novateurs de chercheurs au parcours scientifique très prometteur, ayant obtenu leur doctorat 2 à 7 ans auparavant et désireux de créer ou de consolider une équipe de recherche.

Après une thèse en spectroscopie de fluorescence à molécule unique au Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) à Heidelberg, Allemagne (2013), Sigrid Milles a rejoint le groupe de Martin Blackledge à l’IBS pour un post-doctorat en résonance magnétique nucléaire (RMN). Pendant sa thèse et son post-doctorat, Sigrid a étudié des protéines intrinsèquement désordonnées, c’est-à-dire des protéines sans structure tridimensionnelle stable. Elle s’est d’abord intéressé aux protéines désordonnées dans le pore nucléaire, qui connecte le cytoplasme et le nucléoplasme et ses travaux ont permis de comprendre comment le transport à travers le pore peut être rapide (millisecondes) et spécifique à la fois (publié dans Cell, 2015). Plus récemment, Sigrid a travaillé sur des protéines intrinsèquement désordonnées du virus de la rougeole et elle vient de découvrir un nouveau site d’interaction entre deux protéines du virus (publié dans Science Advances, 2018), qui permet de présenter une nouvelle cible pour un traitement de l’infection. Recrutée au CNRS comme chargée de recherche en 2017, elle vise maintenant de combiner la fluorescence et la RMN pour étudier des protéines intrinsèquement désordonnées de l’endocytose – le chemin principal de transport vers l’intérieur de la cellule.

En quoi consiste le projet récompensé ?
L’endocytose est responsable de l’entrée des molécules dans la cellule eucaryote, comme par exemple des éléments nutritifs, des molécules de signalisation avec leurs récepteurs, ou même des pathogènes. Ce mécanisme est donc très important pour la cellule et repose sur la protéine clathrine (endocytose clathrine-dépendante) qui forme la membrane pour finalement permettre d’internaliser de petites vésicules. Beaucoup d’autres protéines sont nécessaires pour ce processus fortement régulé, dont des protéines qui contiennent des longues régions intrinsèquement désordonnées. Ces régions contiennent beaucoup de courtes séquences de quelques acides aminés seulement, séquences appelées motifs linéaires, qui interagissent avec différents partenaires dans l’endocytose. Bien que ces interactions soient très importantes dans l’endocytose, elles ne sont pas très bien comprises faute de connaitre leur dynamique et flexibilité.
Le projet financé par l’ERC vise à développer une approche intégrée, combinant la fluorescence à molécule unique et la RMN, afin d’étudier ces protéines intrinsèquement désordonnées et de comprendre de façon moléculaire, comment les différents motifs linéaires contrôlent le processus d’endocytose. Comprendre le mécanisme de ces motifs est important pour beaucoup d’autres processus qui, eux aussi, reposent sur ce type d’interactions énigmatiques.

Mots clés : fluorescence à molécule unique, résonance magnétique nucléaire, protéine intrinsèquement désordonnées, endocytose

Montant de la bourse : 1,599 M€