Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

2018

La cible majeure du VIH étudiée sous toutes ses coutures

En étudiant de près CCR5, une des portes d’entrée du VIH dans les cellules, des chercheurs de l’IBS, en collaboration avec des chercheurs de l’Inserm, de l’Institut Pasteur, des universités Paris Diderot et Toulouse III–Paul Sabatier, du CHU de Toulouse et de l’Instituto de Salud Carlos III de Madrid, démontrent que sa morphologie détermine la propension du virus à infecter l’organisme. Ce travail soutenu par l’ANRS et publié dans la revue Plos Pathogens est un nouveau pas vers la compréhension du rôle de CCR5 dans l’infection VIH et en tant que cible pour bloquer l’entrée du virus dans les cellules.

Information presse

CCR5 structural plasticity shapes HIV-1 phenotypic properties. Colin P, Zhou Z, Staropoli I, Garcia-Perez J, Gasser R, Armani-Tourret M, Benureau Y, Gonzalez N, Jin J, Connell BJ, Raymond S, Delobel P, Izopet J, Lortat-Jacob H, Alcami J, Arenzana-Seisdedos F, Brelot A, Lagane B. PLoS Pathog. 2018 Dec 6 ;14(12):e1007432. doi : 10.1371/journal.ppat.1007432. eCollection 2018 Dec.

La protéine de l’immunité innée C1q agrège les nanodiamants et modifie la réponse des macrophages

Les nanodiamants (NDs) ont de nombreuses applications biomédicales potentielles, telles que le traitement du cancer, la stimulation cérébrale profonde et la dentisterie. En collaboration avec le Service de Chimie Bioorganique et de Marquage (SCBM), le CEA et l’Université Paris-Saclay, les chercheurs de l’IBS ont montré que, même si C1q ne déclenche pas la réponse immunitaire d’activation du système du complément, l’interaction des nanodiamants avec C1q modifie les réponses phagocytaire et cytokinique aux NDs et pourrait interférer avec les multiples processus physiologiques et pathologiques faisant intervenir C1q.

Recognition protein C1q of innate immunity agglutinates nanodiamonds without activating complement. Belime A, Thielens NM, Gravel E, Frachet P, Ancelet S, Tacnet P, Caneiro C, Chuprin J, Gaboriaud C, Schoehn G, Doris E, Ling WL. Nanomedicine-Nanotechnology, Biology and Medicine ; doi : 10.1016/j.nano.2018.09.009

La fibre de chromatine dans tous ses états !

Notre information génétique est portée par l’ADN, qui est emballé dans le noyau cellulaire sous forme de chromatine. L’élément de base de la chromatine est le nucléosome, formé par l’enroulement de l’ADN autour d’un cœur de protéines basiques nommées histones. Les nucléosomes s’empilent pour constituer un filament nucléosomique, dont la structure est très dynamique et dont la conformation joue un rôle crucial dans l’expression des gènes. En effet, la formation d’une fibre compacte de 30 nm de diamètre est associée à l’inactivation de l’expression génétique. Cependant, la manière dont la chromatine change de conformation reste mal connue. En collaboration avec des chercheurs de Grenoble, Lyon et Strasbourg, les chercheurs de l’IBS ont étudié la structure d’un filament de six nucléosomes par une combinaison d’approches structurales, biophysiques et biochimiques. Le filament de six nucléosomes forme une superhélice étonnamment plate, dont la densité des nucléosomes est la moitié de celle de la fibre de 30 nm. De plus, un changement mineur de conditions ioniques induit une conformation compacte qui correspond à celle de la fibre de 30 nm. Cela montre comment un changement subtil dans l’environnement local, pouvant survenir par exemple par des modifications post-traductionnelles des histones, peut induire un changement radical de conformation de la chromatine. Ce travail permet de mieux comprendre la plasticité structurale de la chromatine qui est au cœur de la régulation de l’expression des gènes. Détails

Structure of an H1-bound 6-nucleosome array reveals an untwisted two-start chromatin fiber conformation. Isabel Garcia-Saez, Hervé Menoni, Ramachandran Boopathi, Manu S. Shukla, Lama Soueidan, Marjolaine Noirclerc-Savoye, Aline Le Roy, Dimitrios A. Skoufias, Jan Bednar, Ali Hamiche, Dimitar Angelov, Carlo Petosa, Stefan Dimitrov. Molecular Cell, doi : 10.1016/j.molcel.2018.09.027.

Une étape clé dans la biogenèse des mitochondries dévoilée par la biologie structurale

Les mitochondries synthétisent la molécule d’énergie adénosine triphosphate (ATP) de nos cellules. Chaque jour, la quantité d’ATP transportée à travers les membranes mitochondriales pour alimenter nos cellules correspond approximativement à notre poids corporel. Ce transport d’ATP des mitochondries est réalisé par des protéines membranaires, produites elles-mêmes à l’extérieur des mitochondries, et qui doivent être insérées dans la membrane, là où elles "travaillent". Ce transport est d’autant plus difficile que ces protéines membranaires sont insolubles dans le milieux aqueux de la cellule, et qu’elles risquent donc de s’agréger, ce qui constituerait un grand danger pour la cellule.
Ces cellules ont donc développé des transporteurs de ces protéines membranaires, des "chaperonnes". La façon dont ces chaperonnes escortent les protéines membranaires à travers l’espace intermembranaire des mitochondries était à ce jour très peu caractérisé.
Des chercheurs du groupe NMR l’IBS, en collaboration avec l’EMBL et les universités de Fribourg et de Tübingen en Allemagne et de Copenhague au Danemark, ont utilisé une approche de biologie structurale intégrée pour révéler le principe fonctionnel de ces chaperonnes : de multiples sites de liaison en forme de pinces maintiennent les protéines membranaires de manière très dynamique avant de les libérer à destination finale.
Cette découverte pourrait apporter des pistes de reflexion pour lutter contre des maladies causées par l’accumulation de molécules de protéine, notamment le syndrome de Mohr-Tranebjærg, un trouble neurologique de surdité et de dystonie, provoqué par un dysfonctionnement de ces chaperonnes. Plus de détails ICI.

Structural Basis of Membrane Protein Chaperoning Through the Mitochondrial Intermembrane Space. Katharina Weinhäupl, Caroline Lindau, Audrey Hessel, Yong Wang, Conny Schütze, Tobias Jores, Laura Melchionda, Birgit Schönfisch, Hubert Kalbacher, Beate Bersch, Doron Rapaport, Martha Brennich, Kresten Lindorff-Larsen, Nils Wiedemann, Paul Schanda. Cell 175, 1365–1379

Cécile Morlot lauréate de la Médaille de bronze du CNRS

Cécile Morlot (IBS/groupe Pneumocoque) est lauréate de la Médaille de bronze du CNRS pour l’année 2018. Cette médaille récompense le premier travail d’un(e) chercheur, qui fait de elle/lui un(e) spécialiste de talent dans son domaine.

Au cours de sa thèse effectuée à l’Institut de Biologie Structurale (IBS) dans le groupe de Thierry Vernet, Cécile a mis au point une méthode de marquage fluorescent pour localiser, par microscopie optique, les protéines de la division d’un important pathogène humain : Streptococcus pneumoniae (le pneumocoque). Ces grands assemblages protéiques devenaient enfin visibles dans la cellule à une résolution de quelques centaines de nanomètres. En parallèle, Cécile a résolu la structure cristallographique de l’un des composants de ces complexes pour contraindre le modèle proposé pour la division du pneumocoque.
Après son doctorat (2003), elle complète sa formation de cristallographe au cours d’un stage postdoctoral dans le groupe de Stephen Cusack (EMBL, Grenoble). Elle élargit ensuite ses compétences en microbiologie lors d’un second stage postdoctoral dans le groupe de David Rudner (Harvard Medical School, Boston), au cours duquel elle étudie deux complexes protéiques essentiels au développement de la spore chez Bacillus subtilis.
Elle est recrutée par le CNRS en 2010 au sein du Groupe Pneumocoque à l’IBS pour poursuivre ses recherches sur la morphogenèse et la division bactérienne, par une combinaison d’approches de biologie structurale et cellulaire. Son recrutement coïncide avec l’avènement des techniques de microscopie de fluorescence super-résolue, qui permettent de connecter les échelles moléculaires et cellulaires. Elle décide alors d’en développer l’usage chez le pneumocoque en collaboration avec des biophysiciens de l’IBS (Dominique Bourgeois et Virgile Adam, Equipe Pixel) et un chimiste de l’Université Grenoble Alpes (Yung-Sing Wong, Département de Pharmacochimie Moléculaire). Les méthodes développées, basées sur la localisation de molécules uniques et la "chimie click", lui permettent aujourd’hui d’imager l’assemblage et l’activité des machineries protéiques en charge de la division cellulaire à une résolution d’une dizaine de nanomètres. En révélant des détails moléculaires inaccessibles à basse résolution, ses travaux en biologie structurale et imagerie cellulaire permettent de mieux comprendre comment les bactéries acquirent leur forme et se multiplient. Ces connaissances fondamentales sont pertinentes pour la recherche de nouveaux antibiotiques et la compréhension des phénomènes de résistance associés.

Disparition de Roland Douce : la science du végétal a perdu un de ses pionniers et la biologie structurale un explorateur passionné

Roland Douce s’est éteint le 04 novembre 2018 à 79 ans, laissant une empreinte scientifique très importante dans le domaine de la biologie végétale, mais aussi à l’IBS dont il a été directeur de 2002 à 2004 et qui lui rend hommage.

Roland Douce a consacré ses travaux à l’étude du métabolisme de la cellule végétale. Spécialiste du métabolisme du carbone, de la biologie de la mitochondrie et du chloroplaste, il a été précurseur de l’étude fonctionnelle des complexes protéiques végétaux par des approches structurales. Après un début de carrière comme Maitre-assistant à la Sorbonne, Roland Douce a effectué un postdoctorat à la Johnson Research Foundation à Philadelphie de 1970 à 1972. Il a ensuite été "Assistant Professor" à l’université de Californie San Diego (Scripps Institution of Ocenanography) jusqu’en 1974, avant de devenir Professeur de l’UJF la même année. Il y enseignait avec passion et de nombreux chercheurs grenoblois lui doivent la compréhension des processus biologiques les plus complexes.

Nommé conseiller scientifique auprès du CEA en 1979, il a fondé sur le Centre CEA de Grenoble le Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale (PCV) qu’il a dirigé de 1979 à 1991. Il a également été nommé conseiller scientifique de l’INRA en 1990, Directeur de la Recherche à l’École normale supérieure de Lyon de 1995 à 1998, "Senior Scientist" à l’Université d’Oxford (2001), avant de terminer sa carrière comme directeur de l’Institut de Biologie Structurale (IBS) de 2002 à 2004. Médaille d’argent du CNRS en 1982, membre de l’Académie des Sciences depuis 1996, et de « American Academy of Sciences » depuis 1997, il avait été fait Officier de la Légion d’Honneur en 2009.

Très tôt, Roland Douce avait compris l’apport de la biologie structurale dans la compréhension des mécanismes enzymatiques. Il avait ainsi collaboré avec des équipes de l’IBS dès sa création, entrainant d’autres collaborations en particulier entre IBS et le laboratoire mixte CNRS/Rhône-Poulenc Agrochimie qu’il avait mis en place. Ces collaborations ont ouvert des liens privilégiés durables entre IBS et PCV. Référence scientifique internationalement reconnue, Roland Douce a su convaincre nos partenaires européens (ESRF, EMBL et ILL), ainsi que la présidence de l’UJF, pour que l’IBS intègre le Partenariat pour la Biologie Structurale créé en 2002. Il a également fortement œuvré pour joindre les forces de l’IVMS et de l’IBS contribuant ainsi à l’édification du bâtiment Carl Ivar Bränden, inauguré en 2006 sur le campus EPN. Notre institut lui doit beaucoup, tant sur le plan scientifique que pour ses qualités humaines.

La Direction de l’IBS et son personnel saluent la mémoire de cet esprit brillant et visionnaire et adressent leurs sincères condoléances à sa famille et à ses proches.

Nouvel éclairage sur le récepteur 5-HT3 de la sérotonine

Dans cette étude, publiée dans Nature, les scientifiques décrivent le cycle d’activation du récepteur 5-HT3, appartenant à la famille des récepteurs de la sérotonine. Ces récepteurs sont bien connus et participent à divers processus biologiques et neurologiques tels que l’anxiété, l’appétit, l’humeur, les nausées. Plus particulièrement, les récepteurs 5-HT3 sont la cible principale des médicaments anti-nausée et anti-vomissement largement utilisés pour lutter contre les effets secondaires des chimiothérapies.

Les chercheurs de l’IBS, en collaboration avec l’Institut Pasteur, l’Université de Lorraine, l’Université de Copenhague au Danemark, l’Université de l’Illinois aux États-Unis et la société de biotechnologie Theranyx, ont réussi à obtenir la structure du récepteur 5-HT3 dans quatre conformations différentes. L’étude donne donc à voir différents instantanés du récepteur et permet de décrire son mécanisme de fonctionnement. Elle offre également un cadre structural à la pharmacologie, ouvrant de nouvelles perspectives pour la conception de médicaments anti-émétiques plus efficaces (plus de détails dans le communiqué de l’ESRF).

Conformational transitions of the serotonin 5-HT3 receptor. Lucie Polovinkin​, Ghérici Hassaine, Jonathan Perot, Emmanuelle Neumann, Anders A. Jensen, Solène Lefebvre​, Pierre-Jean Corringer, Jacques Neyton, Christophe Chipot​, Francois Dehez, Guy Schoehn ​& Hugues Nury. Nature 563(7730):275-279

Structure d’un complexe enzymatique essentiel du métabolisme de la paroi bactérienne d’importants pathogènes

L’universalité du peptidoglycane chez les bactéries sous-tend le large spectre de nombreux antibiotiques. Cependant, à notre époque de résistance généralisée aux antibiotiques, la diversité des modifications du peptidoglycane offre une variété de nouvelles cibles pour développer de nouveaux antibactériens à spectre restreint. Chez certaines espèces à Gram positif comme Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus ou Mycobacterium tuberculosis, le deuxième résidu du précurseur du peptidoglycane, le D-glutamate, est amidé en iso-D-glutamine par le complexe amidotransférase MurT/GatD essentiel. Les chercheurs du groupe Pneumocoque de l’IBS, en collaboration avec les universités de Newcastle, de Lisbonne, d’Utrecht, l’université norvegienne de sciences de la vie et Paris Descartes, ont résolu la structure de ce complexe à une résolution de 3,0 Å. MurT a des domaines centraux et C-terminaux similaires aux Mur ligases (la série d’enzymes qui assemble le pentapeptide du peptidoglycane) avec une insertion riche en cystéine, qui lie le zinc et contribue à l’interface avec GatD. Le mécanisme d’amidation par MurT est similaire à la condensation catalysée par les Mur ligases. GatD est une glutaminase fournissant de l’ammoniac qui est probablement canalisé vers le site actif de MurT par un réseau de cavités. La structure et l’essai enzymatique développé dans ce travail constituent une base de connaissances pour de futures études de développement d’antibiotiques.

Structure of the essential peptidoglycan amidotransferase MurT/GatD complex from Streptococcus pneumoniae. Morlot C, Straume D, Peters K, Hegnar OA, Simon N, Villard AM, Contreras-Martel C, Leisico F, Breukink E, Gravier-Pelletier C, Le Corre L, Vollmer W, Pietrancosta N, Håvarstein LS, Zapun A. Nature Communcations ;9(1):3180

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€

Publication des premiers résultats obtenus sur le XFEL européen

View into the 3.4km long tunnel of the European XFEL (©IBS/M.Weik)

Les lasers à électrons libres (XFELs) sont de nouvelles sources de rayons X qui produisent des impulsions de rayons X très courtes de l’ordre de la femtoseconde (un millionième de milliardième de seconde) d’une brillance maximale qui dépasse de neuf ordres de grandeur celle des sources synchrotron classiques. La courte durée des impulsions correspond à l’échelle de temps des réactions chimiques, ce qui permet d’étudier la dynamique de la matière dans le temps et d’analyser des objets très sensibles aux rayons-X. Les chercheurs de l’IBS ont participé à l’une des premières expériences menées dans le premier laser à électrons libres européen situé à Hambourg, en Allemagne. Cette installation à grande échelle est la première à produire des impulsions XFEL avec un taux de répétition en MHz, à comparer avec les taux de 60 et 120 Hz des XFELs à SACLA (Japon) et LCLS (USA).
Grâce à cette nouvelle installation, les scientifiques ont pu résoudre les structures de deux protéines à partir d’un mélange naturel de cristaux produit lors de l’extraction des protéines de fève. C’est un véritable tour de force, qui renoue avec les fondements de la cristallographie des protéines !! C’est en effet cette préparation de cristaux qui a permis à Sumner de démontrer la faisabilité de l’isolation et de la cristallisation des protéines, pour laquelle il a obtenu le Prix Nobel de Chimie, en 1946. Avec leurs collègues de l’Institut Max Planck pour la recherche médicale de Heidelberg, des universités de Rennes et de Lille et d’autres, ils ont démontré qu’il est possible de séparer les données des cristaux des trois protéines de ce mélange (uréase, concanavaline A et B) et de déterminer les structures des deux concanavalines. En outre, le consortium a montré que, dans les conditions d’exploitation actuelles du XFEL européen, la qualité des données est indépendante du fait que les premières impulsions ou les impulsions suivantes du train ont été utilisées pour la collecte des données, c’est-à-dire que les ondes de choc et autres effets ne compromettent pas la qualité des données à des taux de répétition en MHz.
Ces résultats, publiés dans Nature Communications le 28 août 2018, intéressent une communauté importante et croissante de scientifiques. Dans un avenir proche, la technologie XFEL sera accessible à un plus grand nombre de scientifiques, (puisque le coût de ces mesures diminuera considérablement à mesure que le temps consacré à l’acquisition des données sera réduit), issus de nombreux domaines de la science, tels les chercheurs en biologie structurale, les physiciens intéressés par les interactions extrêmes entre le rayonnement et la matière, ou les chimistes spécialisés dans les réactions ultra-rapides.

Megahertz data collection from protein microcrystals at an X-ray free-electron laser. Grünbein ML, Bielecki J, Gorel A, Stricker M, Bean R, Cammarata M, Dörner K, Fröhlich L, Hartmann E, Hauf S, Hilpert M, Kim Y, Kloos M, Letrun R, Messerschmidt M, Mills G, Nass Kovacs G, Ramilli M, Roome CM, Sato T, Scholz M, Sliwa M, Sztuk-Dambietz J, Weik M, Weinhausen B, Al-Qudami N, Boukhelef D, Brockhauser S, Ehsan W, Emons M, Esenov S, Fangohr H, Kaukher A, Kluyver T, Lederer M, Maia L, Manetti M, Michelat T, Münnich A, Pallas F, Palmer G, Previtali G, Raab N, Silenzi A, Szuba J, Venkatesan S, Wrona K, Zhu J, Doak RB, Shoeman RL, Foucar L, Colletier JP, Mancuso AP, Barends TRM, Stan CA, Schlichting I. Nature Communications ; volume 9 : 3487

Identification de mécanismes moléculaires empêchant la réplication du virus de la rougeole

Info presseDes chercheurs de l’IBS, en collaboration avec le CIRI, vient de découvrir une nouvelle interaction entre deux protéines du virus de la rougeole. Dans une région protéique très flexible et dynamique d’une longueur de plus de 300 acides aminés, cette interaction ultra-faible, n’utilisant que quatre acides aminés est pourtant essentielle car la modification de ceux-ci empêche la réplication du virus de la rougeole. Cette zone de la chaîne protéique pourrait constituer une nouvelle cible pour traiter l’infection par la rougeole, voire d’autres virus de la même famille très dangereux pour l’Homme. Ces résultats sont publiés dans Science Advances du 22 août 2018.

Info Presse

An ultra-weak interaction in the intrinsically disordered replication machinery is essential for Measles virus function. S. Milles, M. R. Jensen, C. Lazert, S. Guseva, S. Ivashchenko, G. Communie, D. Maurin, D. Gerlier, R. W. H. Ruigrok, M. Blackledge. Sci. Adv. 4, eaat7778

Un centres Fe-S modifié module le dommage oxydant subi par l’hydrogénase à [Ni-Fe]

Les hydrogénases sont des enzymes d’un intérêt considérable pour leurs applications biotechnologiques potentielles à la fois en tant que catalyseurs dans des piles à combustible que productrices d’hydrogène. Cependant, ces applications peuvent être grandement affectées par leurs réactions avec l’oxygène atmosphérique. Afin de mieux comprendre ce problème, nous avons étudié une mutation de l’hydrogénase-1 à [NiFe] -naturellement tolérante à l’O2- d’E. coli, qui, en changeant son agrégat [4Fe-3S] en un nouveau centre [4Fe -4S], la rend sensible à l’O2. Notre étude théorique explique en détail les différentes propriétés rédox de ces deux agrégats et jette une lumière considérable sur la solution biologique pour éviter la désactivation par l’O2.

X-ray structural, functional and computational studies of the O2-sensitive E. coli hydrogenase-1 C19G variant reveal an unusual [4Fe–4S] cluster. A. Volbeda, J. M. Mouesca, C. Darnault, M. M. Roessler, A. Parkin, F. A. Armstrong and J. C. Fontecilla-Camps. ChemComm ; accepted 4th June 2018, DOI : 10.1039/c8cc02896f

Les opsonines C1q et MBL utilisent un site d’ancrage commun sur le récepteur cr1

CR1 (Complement receptor 1) est une glycoprotéine membranaire polymorphique impliquée dans l’élimination des agents nocifs pour l’organisme. En fixant des cibles étiquetées par des opsonines du système du complément, le récepteur CR1 à la surface des érythrocytes contribue à leur élimination par transport vers le foie puis phagocytose par des monocytes, macrophages ou neutrophiles. CR1 est un récepteur de type I de 30 modules CCP homologues qui servent de station d’ancrage des opsonines C3b et C4b du complément. Si C3b et C4b sont connues depuis longtemps comme ligands de CR1, ce n’est que plus récemment qu’il a été montré que les collagènes de défense C1q et MBL ont également un rôle d’opsonine.
Dans cette étude, l’équipe IRPAS a localisé le site de fixation de C1q et de la MBL à CR1 grâce à une stratégie de dissection moléculaire particulièrement adaptée à l’étude des protéines multi-modulaires. Le site de fixation identifié est commun pour C1q et MBL et se réduit à une paire de modules CCP24 et 25 parmi les 30 de CR1. Cette étude contribue à élargir les connaissances sur le rôle multifonctionnel des collagènes de défense du complément humain et plus particulièrement sur cette nouvelle fonction d’opsonine qui permet le transfert d’agents étrangers ou du soi modifié sur divers récepteurs cellulaires en vue de leur élimination.

C1q and MBL interact with CR1 in the same region on CCP24-25 modules. Jacquet M, Cioci G, Fouët G, Bally I, Thielens NM, Gaboriaud C, Rossi V. Frontiers in Immunology ;9, 453

L’impact du détergent sur les protéines membranaires

De nombreux processus cellulaires impliquent des protéines membranaires et la caractérisation de leur structure, interactions et dynamique reste un défi pour la biologie structurale. La difficulté est liée à la nécessité d’extraire ces protéines de leur membrane biologique pour pouvoir les étudier. Les détergents sont fréquemment utilisés mais leurs propriétés physiques diffèrent de celles des lipides. Mais à quel point la conformation des protéines membranaires en détergent est-elle comparable à celle dans la membrane ?
Dans cette étude, une famille de protéines membranaires, les transporteurs mitochondriaux, a été analysée en détail dans un détergent courant, le dodecylphosphocholine (DPC). Plusieurs études sur ces transporteurs mitochondriaux en DPC avaient déjà proposé des détails sur la structure, la dynamique et les interactions et ont interprété ces observations d’un point de vue biologique, mais leur pertinence biologique a été controversée. Les études du groupe NMR et MEMBRANE, en collaboration avec des chercheurs à Nancy et Cambridge croisent des méthodes de RMN, biochimie et simulations MD pour clarifier la situation et obtenir une vue réaliste des effets du détergent. Les résultats montrent une subtile balance des interactions entre protéine et détergent, qui induit une perturbation importante de la protéine ; la spécificité d’interaction avec des substrats est fortement impactée, et la protéine échantillonne des conformations partiellement dépliées. Une revue sur un nombre de structures obtenues en DPC illustre que ces effets sont relativement généraux, et permet de clarifier un débat sur l’impact des détergents.

1) How Detergent Impacts Membrane Proteins : Atomic-Level Views of Mitochondrial Carriers in Dodecylphosphocholine. Kurauskas V, Hessel A, Ma P, Lunetti P, Weinhäupl K, Imbert L, Brutscher B, King MS, Sounier R4, Dolce V, Kunji ERS, Capobianco L, Chipot C, Dehez F, Bersch B, Schanda P. Journal of Physical Chemistry Letters ;9(5):933-938
2) Perturbations of Native Membrane Protein Structure in Alkyl Phosphocholine Detergents : A Critical Assessment of NMR and Biophysical Studies. Chipot C, Dehez F, Schnell JR, Zitzmann N, Pebay-Peyroula E, Catoire L, Miroux B, Kunji ERS, Veglia G, Cross TA, Schanda P. Chemical Reviews ;118(7):3559-3607
3) Dynamics and interactions of ADP/ATP transporter AAC3 in DPC detergent are not functionally relevant. Kurauskas V, Hessel A, Dehez F, Chipot F, Bersch B, Schanda P. Nature Structural & Molecular Biology ;doi : https://doi.org/10.1101/317669

La clé de la réaction de biosynthèse du mévalonate chez les archées dévoilée

Les microbiologistes ont longtemps scindé le monde biologique en deux catégories : les eucaryotes, organismes multicellulaires dont nous faisons partie, et les procaryotes, organismes unicellulaires. Or, cette seconde catégorie mérite davantage d’égards car elle regroupe deux espèces bien différentes : les bactéries et les archées. On retrouve ces dernières dans les milieux extrêmes (anaérobies, à forte salinité, très chauds ou à grande profondeur), mais pas seulement. Les archées représenteraient pas moins de 20% des procaryotes en biomasse sur notre Terre ! Elles sont aujourd’hui considérées comme le troisième domaine du Vivant.
Des chercheurs de l’Institut de Biologie Structurale, en collaboration avec linstitut Max Planck (Allemagne) et l´ENS de Lyon ont déterminé la structure du complexe d’enzymes responsable de la synthèse du mévalonate, brique de base constituant la membrane des Archées. La première réaction de cette synthèse, catalysée par l’enzyme thiolase, est très endergonique (le flux de production est très faible, la réaction nécessite un apport d’énergie pour avoir lieu) ce qui est en contradiction avec la vitesse de croissance rapide des archées, et donc de leur synthèse lipidique. Les chercheurs ont joint leurs efforts pour dévoiler l´astuce moléculaire qui permet aux archées d´accélérer la vitesse de la thiolase. En la purifiant directement à partir de cellules d´archées, les chercheurs se sont aperçu que cette enzyme forme un complexe naturel avec l´HMGCS, la deuxième enzyme de la biosynthèse du mévalonate. Les deux enzymes sont maintenues ensemble par une troisième petite protéine connectrice (appelée DUF35). En utilisant le Tb-Xo4, un nouvel outil induisant la cristallisation et facilitant fortement la détermination structurale, et la technique de diffraction de rayons-X de cristaux de protéines sur la ligne de lumière PROXIMA-2A de SOLEIL, la structure du complexe protéique thiolase/HMGCS/DUF35 a été résolue.
Outre le caractère fondamental de cette découverte, ces résultats intéressent aussi le domaine de l’industrie, le mévalonate étant une molécule utilisée pour la synthèse de nombreuses substances chimiques.

Archaeal acetoacetyl-CoA thiolase/HMG-CoA synthase complex channels the intermediate via a fused CoA-binding site. Vögeli, B., Engilberge, S., Girard, E., Riobé, F., Maury, O., Erb, T.J., Shima, S., Wagner, T. PNAS, 115(13) : 3380-3385

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]