Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

2018

Décryptage par spectroscopie d’échange RMN de la dynamique d’une protéine intrinsèquement désordonnée dans un complexe

Les protéines intrinsèquement désordonnées (PIDs) sont dépourvues de structure tridimensionnelle et sont fonctionnelles dans leur état désordonné. Leur grande flexibilité leur permet de s’adapter facilement à la surface de leurs partenaires et elles sont capables de se replier lors d’une interaction. Dans certains cas, elles peuvent même former un complexe « flou », dans lequel la PID n’adopte pas une seule conformation définie sur la surface du partenaire, mais continue à échantillonner plusieurs conformations dans un complexe hautement dynamique.
Le groupe FDP de l’IBS, en collaboration avec des chercheurs de l’IAB (Grenoble) et l’ENS (Paris), a réussi à obtenir une description à résolution atomique de la dynamique d’une PID sur la surface de son partenaire en utilisant des techniques d’échange par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire. Ils ont appliqué cette approche au complexe de signalisation formé par la protéine kinase MAPK p38α et son domaine de régulation intrinsèquement désordonné MKK4. L’étude démontre que MKK4 utilise une combinaison de modes d’interaction pour se lier à p38α, conduisant à un complexe affichant des dynamiques significativement différentes entre les régions liées. Les résultats montrent comment les PIDs peuvent s’engager dans des interactions très spécifiques sans présenter une forte affinité de liaison.

Deciphering the Dynamic Interaction Profile of an Intrinsically Disordered Protein by NMR Exchange Spectroscopy. Delaforge E, Kragelj J, Tengo L, Palencia A, Milles S, Bouvignies G, Salvi N, Blackledge M, Jensen MR. Journal of the American Chemical Society ;140(3):1148-1158

Mise en évidence d’un état « fantôme » chez les protéines fluorescentes vertes

Les protéines fluorescentes vertes (GFPs) sont des protéines utilisées comme marqueurs (génétiquement encodés) pour permettre de localiser jusqu’aux protéines individuelles par microscopie optique. Leur fluorophore est formé de trois acides aminés et il se trouve au centre d’un tonneau beta qui le protège de l’environnement. Bien que les GFPs soient doté d’un remarquable rendement d’absorption et de fluorescence, leur fluorophore est capricieux et fragile. Ainsi, il peut entrer dans des périodes dites « obscures » d’inactivité temporaire et après environ 100000 cycles d’excitation et d’émission, il s’éteint définitivement. A l’IBS, l’équipe Pixel a déjà résolu les structures de certains de ces états obscurs. Ils montrent tous des modifications chimiques plus ou moins sévères, ce qui pose la question de leur irréversibilité. On soupçonnait un état en amont où ces modifications ne sont pas encore irréversibles et dont la connaissance permettrait d’améliorer le comportement des GFP. Mais cet état était mal connu : quel est son caractère chimique (triplet, radical, biradical ?), son rendement (pour cents, pour milles ?), son temps de vie (nano-, micro-, millisecondes ?), sa réactivité (oxydative, réductive, les deux ?), et son spectre d’absorption (UV, VIS, IR ?).

Grace à une collaboration avec l’équipe de Klaus BrettelL à l’I2BC (CEA Saclay), l’équipe Pixel du groupe DYNAMOP de l’IBS a soumis l’EGFP – protéine fluorescente paradigmatique - à des études par spectroscopie d’absorption transitoire. Il s’agit d’une technique peu appliquée auparavant aux protéines fluorescentes, que les chercheurs ont poussée aux limites de sa résolution. Cela leur a permis de détecter la signature spectrale de l’état obscur « fantôme » et de le caractériser en répondant à tous les questionnements évoqués ci-dessus. Ces avancées ouvrent la voie pour mieux comprendre le fonctionnement photophysique des protéines fluorescentes et alimentent l’espoir de trouver des clés pour leur optimisation continue.

A Long-Lived Triplet State Is the Entrance Gateway to Oxidative Photochemistry in Green Fluorescent Proteins. Byrdin M, Duan C, Bourgeois D, Brettel K. Journal of the American Chemical Society ;. doi : 10.1021/jacs.7b12755

Comment les bactéries conversent au sein des biofilms flottants

Les biofilms sont des communautés bactériennes qui présentent une résistance élevée aux antibiotiques. Au sein des biofilms, les bactéries échangent de l’information par voie chimique – un mécanisme nommé quorum-sensing. Des chercheurs de l’Institut de Biologie Structurale de Grenoble, de l’Université de la Méditerranée à Marseille, et de l’Université Jacobs à Brême ont mis en évidence que certaines bactéries forment des communautés flottantes, au sein desquelles elles sont en contact et en communication directe. Les protéines impliquées dans cette interaction pourraient être de nouvelles cibles dans la lutte contre biofilms. Détails

Porin self-association enables cell-to-cell contact in Providencia stuartii floating communities. El-Khatib M, Nasrallah C, Lopes J, Tran QT, Tetreau G, Basbous H, Fenel D, Gallet B, Lethier M, Bolla JM, Pagès JM, Vivaudou M, Weik M, Winterhalter M, Colletier JP. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2018 Feb 23. pii : 201714582. doi : 10.1073/pnas.1714582115.

Des pathogènes bactériens peuvent occasionner des modifications épigénétiques dans des cellules cibles

Le système de sécrétion de type III (T3SS) est une nanomachine complexe utilisée par plusieurs bactéries Gram-négatives pour injecter des toxines directement dans les cellules cibles. Son architecture ressemble à celle d’une seringue, et les toxines sont transportées à l’intérieur. Un aspect clé du T3SS est le translocon, un complexe entre deux protéines membranaires qui sont synthétisées dans le cytoplasme bactérien, transportées au sein de l’aiguille, et insérées directement dans la membrane de la cellule eucaryote, ce qui permet le passage de toxines. Dans ce travail, des scientifiques du groupe Pathogénie bactérienne de l’IBS, en collaboration avec des équipes de BIG et de l’Imperial college of London, ont montré que l’insertion des deux protéines du translocon (PopB et PopD) par le pathogène humain Pseudomonas aeruginosa dans des membranes cibles occasionne des modifications épigénétiques dans l’histone H3 en conséquence d’un échange d’ions à travers le pore. Ceci indique, pour la première fois, que le translocon est capable d’agir non seulement en tant que pore, mais aussi comme un véritable facteur de virulence.

Pore-forming activity of the Pseudomonas aeruginosa type III secretion system translocon alters the host epigenome. Laurent Dortet, Charlotte Lombardi, François Cretin, Andréa Dessen, Alain Filloux. Nature Microbiology 2018 Feb 5. doi : 10.1038/s41564-018-0109-7

Quand la description analytique de la relaxation RMN met en évidence une dynamique corrélée dans les protéines intrinsèquement désordonnées

La dynamique des protéines intrinsèquement désordonnées (PIDs) joue un rôle très important dans leurs mécanismes d’interaction. La RMN constitue un outil de choix pour décrire les informations sur le mouvement local au sein de protéines. Comme les PIDs échantillonnent un ensemble d’états conformationels très différents en solution, les simulations de Dynamique Moléculaire (DM) fournissent une aide précieuse permettant d’interpréter les données RMN et de modéliser la dynamique des protéines au niveau atomique. Dans le but de combiner la RMN et la DM pour l’étude des PIDs, les chercheurs du groupe FDP ont développé une méthode qui permet de séparer les contributions distinctes, décrivant différents phénomènes – les vibrations rapides des liaisons chimiques, les transitions conformationnelles locales de la chaîne principale, et la rotation des plans peptidiques. Ces contributions peuvent être calculées à partir d’un DM et comparés directement aux vitesses de relaxation mesurées par RMN. L’un des avantages de ce modèle est de permettre de définir de façon simple mais rigoureuse la corrélation entre les mouvements de différents résidus d’acides aminés. Cela donne pour la première fois une description claire de l’organisation de plusieurs résidus en unités dynamiques (segments) et de la corrélation entre des segments distincts. Ce sont ces mouvements qui sont soupçonnés de jouer un rôle très important dans la fonction de PIDs.

Analytical Description of NMR Relaxation Highlights Correlated Dynamics in Intrinsically Disordered Proteins. Salvi N, Abyzov A, Blackledge M. Angewandte Chemie International Edition England  ;56(45):14020-14024.

Antibiotiques et chimie radicalaire : les dessous du mécanisme de la 1,2-diol déshydratase AprD4

Le développement de nouveaux antibiotiques est un enjeu majeur pour lutter contre les phénomènes accrus de résistance. De plus, les voies de biosynthèse de nombreux produits naturels sont une source importante d’inspiration pour le développement de nouveaux procédés de synthèse chimiques plus efficaces et plus respectueux de l’environnement. A ce titre, la chimie radicalaire, en impliquant des intermédiaires à haute énergie, permet des réactions difficiles en milieu aqueux. La famille des protéines dites à ‘radical SAM’ est capable de contrôler ces intermédiaires pour des réactions régio- et stéréo- spécifiques. La structure cristalline de la protéine AprD4, résolue par le groupe Métalloprotéines de l’IBS en collaboration avec le groupe du Pr Qi Zhang de l’Université de Fudan (Shanghai, Chine), révèle que, de façon exceptionnelle, l’organisation tridimensionnelle du site actif, tout en gardant la spécificité de reconnaissance, laisse le substrat libre d’adopter différentes conformations afin d’éliminer une molécule d’eau d’une position spécifique. Cette modification permet à certains antibiotiques de la famille des aminoglycosides de devenir insensibles aux principaux mécanismes de résistance bactériens.

1,2-diol dehydration by the radical SAM enzyme AprD4 - a matter of proton circulation and substrate flexibility. Liu WQ, Amara P, Mouesca JM, Ji X, Renoux O, Martin L, Zhang C, Zhang Q, Nicolet Y. Journal of the American Chemical Society 2018 Jan 4. doi : 10.1021/jacs.7b10501. [Epub ahead of print]