Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

2016

Premier film moléculaire en ‘slow motion’ et 3D d’une protéine membranaire, la bactériorhodopsine

Une prouesse technique a permis à un consortium international incluant Antoine Royant, chercheur CNRS à l’Institut de Biologie Structurale, de montrer comment la protéine bactériorhodopsine utilise la lumière pour transporter des protons à travers la membrane cellulaire pour créer un différentiel de charge qui peut ensuite être utilisé pour générer l’énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule. Cette étude a été publiée le 23 décembre dans la revue Science.

La bactériorhodopsine est une protéine qui absorbe la lumière et transporte des protons à travers les membranes cellulaires, une fonction essentielle des systèmes biologiques. Les chercheurs se sont longtemps interrogés sur le mécanisme que la protéine utilise pour expulser des protons de façon unidirectionnelle, de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule.
Pour le découvrir, les chercheurs ont utilisé le laser à électrons libres SACLA localisé au Japon, qui produit un faisceau de rayons X un million de fois plus intense que ceux des sources synchrotron, pourtant déjà très intenses. Les rayons X de SACLA présentent la particularité d’êtres générés pendant un temps extrêmement court, un centième de milliardième de seconde (une dizaine de femtosecondes). Les rayons X sont utilisés pour déterminer la structure de protéines qui traversent le faisceau sous la forme de microcristaux au sein d’un jet de graisse.
Pour cette étude, l’équipe de chercheurs a utilisé une technique appelée cristallographie sérielle femtoseconde en temps résolu, avec laquelle ils ont enregistré des dizaines de milliers d’images de la bactériorhodopsine après un intervalle de temps variant entre la nanoseconde et la milliseconde après l’excitation de lumière verte. En analysant les données, ils ont pu décrypter le mécanisme qui fait que le protéine expulse des protons hors de la cellule, dans un milieu chargé donc plus positivement. A l’instar d’une pile, c’est ce différentiel de charges qui permet d’alimenter les réactions chimiques qui font vivre la cellule.
Antoine Royant, chercheur du groupe Synchrotron à l’IBS, a contribué à l’analyse structurale des 13 structures d’états intermédiaires obtenues sur 5 ordres de grandeur d’échelle de temps, et à l’identification du mécanisme de la protéine. "Cette expérience nous a permis de confirmer les hypothèses proposées au début des années 2000 sur les premières étapes du mécanisme, mais surtout de visualiser en temps réel les différents mouvements d’atome au sein de la bactériorhodopsine et comprendre ainsi comment ils s’enchaînent. L’excitation lumineuse entraîne un changement de configuration du rétinal (une forme de la vitamine A), la molécule colorée située au cœur de la protéine. Ce changement force une molécule d’eau structurale à s’en aller, puis un ensemble de réarrangements structuraux de la protéine entraîne l’expulsion d’un proton du côté extracellulaire de la protéine. Nous avons enfin compris comment les changements au voisinage du rétinal empêchent le proton de retraverser la protéine. Ce résultat permet d’envisager de comprendre à un très grand niveau de détail le mécanisme de protéines, et donc d’être capable de les utiliser à notre profit" conclut A. Royant.

A three-dimensional movie of structural changes in bacteriorhodopsin. Nango E, Royant A, Kubo M, Nakane T, Wickstrand C, Kimura T, Tanaka T, Tono K, Song C, Tanaka R, Arima T, Yamashita A, Kobayashi J, Hosaka T, Mizohata E, Nogly P, Sugahara M, Nam D, Nomura T, Shimamura T, Im D, Fujiwara T, Yamanaka Y, Jeon B, Nishizawa T, Oda K, Fukuda M, Andersson R, Båth P, Dods R, Davidsson J, Matsuoka S, Kawatake S, Murata M, Nureki O, Owada S, Kameshima T, Hatsui T, Joti Y, Schertler G, Yabashi M, Bondar AN, Standfuss J, Neutze R, Iwata S. Science ; 354(6319):1552-1557

Inauguration de la plate-forme EMBL-IBS de cristallographie à haut débit

PHOTO : ILL/Serge Claisse

Une plateforme rénovée et améliorée de haute technologie (HTX) a été lancée sur le campus EPN de Grenoble. La plate-forme offre un accès robotisé pour la cristallisation des protéines solubles et membranaires et la collecte automatisée des cristaux, favorisant ainsi la détermination efficace de structure par cristallographie aux rayons X pour les scientifiques des laboratoires académiques ou des sociétés pharmaceutiques. La nouvelle plateforme HTX est un effort commun entre EMBL Grenoble et l’Institut de Biologie Structurale (IBS) : la plateforme EMBL HTX offre des services de cristallisation de protéines hydrosolubles et de récolte automatisée de cristaux et la plateforme IBS est spécialisée dans la cristallisation de protéines membranaires.
Les chercheurs européens peuvent accéder à l’installation grâce au projet iNEXT financé par la Commission Européenne.
En savoir +

Elaboration d’une protéine rouge à la fluorescence inégalée

Des chercheurs de l’Institut de Biologie Structurale, de l’Université d’Amsterdam et de l’ESRF ont réussi à créer la plus brillante des protéines rouges fluorescentes, baptisée “mScarlet”. mScarlet est capable d’éclairer les cellules vivantes de l’intérieur et ainsi d’étudier les interactions entre protéines avec un niveau de sensibilité inégalée. La découverte de mScarlet représente un enjeu majeur pour l’imagerie cellulaire et devrait ouvrir de nouvelles perspectives pour les chercheurs travaillant sur les cancers et les cellules souches. Les résultats de cette découverte ont été publiés cette semaine dans Nature Methods. En savoir plus

Depuis les débuts de l’utilisation de la GFP comme marqueur de colocalisation de protéine en 1994, l’ensemble du spectre de la lumière visible a été progressivement couvert de protéines à l’efficacité de fluorescence optimisée, du bleu à l’orange, en passant par le cyan, le vert et le jaune. Cependant, la gamme spectrale du rouge (au-dessus de 570 nm) manquait jusqu’à présent de protéines possédant une efficacité de fluorescence dépassant 50%. Des chercheurs de l’IBS et de l’ESRF se sont associés à une équipe de l’Université d’Amsterdam pour mettre au point et caractériser une protéine fluorescente rouge, mScarlet, aux propriétés remarquables d’efficacité de fluorescence (70%) et de temps de vie de fluorescence (3,9 ns). Elle a été élaborée par une méthode originale consistant à créer un gène synthétique en comparant l’ensemble des séquences de protéines fluorescentes rouges naturelles et en sélectionnant les acides aminés les plus conservés. Cette protéine artificielle, déjà faiblement fluorescente, a été améliorée par mutagenèse aléatoire, et optimisée par mesure à haut débit de temps de vie de fluorescence. La résolution de la structure cristallographique des meilleurs mutants a permis d’identifier mScarlet et de comprendre l’origine moléculaire de sa haute efficacité de fluorescence : un chromophore maintenu plan de manière rigide par un ensemble d’interactions de type doublet libre-système conjugué, van der Waals, électrostatique et liaison hydrogène.
La découverte de mScarlet, qui permet d’étudier les interactions entre protéines avec un niveau de sensibilité inégalée, représente un enjeu majeur pour l’imagerie cellulaire et devrait ouvrir de nouvelles perspectives pour les chercheurs travaillant sur les cancers et les cellules souches.

mScarlet : a bright monomeric red fluorescent protein for cellular imaging. Daphne S. Bindels, Lindsay Haarbosch, Laura van Weeren, Marten Postma, Katrin E. Wiese, Marieke Mastop, Sylvain Aumonier, Guillaume Gotthard, Antoine Royant, Mark A. Hink and Theodorus W.J. Gadella Jr. Nature Methods doi : 10.1038/nmeth.4074.

Un canal protéique connecte la cellule mère à la préspore au cours de la sporulation

La sporulation bactérienne, provoquée par une carence nutritionnelle, constitue un modèle simple de différentiation morphologique qui mène à la formation d’une spore résistante à des conditions environnementales extrêmes (température, déshydratation, irradiation, …). L’une des étapes clés du cycle de développement de la spore repose sur l’assemblage d’un complexe hétéro-multimérique qui comprend au moins 9 protéines différentes (SpoIIIAA-AH et SpoIIQ) et traverse les membranes de la cellule mère et de la préspore. La fonction de ce complexe reste énigmatique mais la ressemblance des protéines SpoIIIA avec certains composants des flagelles et des systèmes de sécrétion de type II, III ou IV, suggère un rôle de sécrétion ou de transport passif d’un composant de nature inconnue de la cellule mère vers la préspore. Les groupes Pneumocoque, Microscopie Electronique et Méthodes, et RMN biomoléculaire à l’IBS, en collaboration avec le groupe de David Rudner de la Harvard Medical School à Boston, ont généré des données complémentaires en biologie structurale et cellulaires qui montrent que SpoIIIAG forme un anneau oligomérique nécessaire au développement de la préspore. La reconstruction de la structure tridimensionnelle de cet anneau par cryo-EM a révélé une architecture de type "tasse-et-soucoupe" avec un pore central de 6 nm. Cette étude apporte la première évidence directe qu’un conduit protéique connecte la cellule mère à la préspore au cours de la sporulation.

A ring-shaped conduit connects the mother cell and forespore during sporulation in Bacillus subtilis. Rodrigues CD, Henry X, Neumann E, Kurauskas V, Bellard L, Fichou Y, Schanda P, Schoehn G, Rudner DZ, Morlot C. Proc Natl Acad Sci U S A 113(41):11585-11590.

Deux peptides et six sulfates s’allient pour bloquer l’entrée du VIH

Dans un travail, conduit par le groupe SAGAG de l’IBS, des chercheurs du CNRS, du CEA, de l’institut Pasteur, de l’institut de médecine tropicale d’Anvers et des universités Grenoble-Alpes et Paris-Sud, décrivent la conception, la synthèse chimique, l’analyse biochimique et l’activité anti virale d’une molécule originale, bispécifique, appelée mCD4-PS. Constitué d’un peptide mimant CD4 et d’un sulfopeptide mimant les héparanes sulfates, ce composé cible la protéine d’enveloppe virale gp120 et, malgré une taille réduite à 5.5 kDa, inhibe simultanément les sites de liaisons au récepteur et aux co-récepteurs viraux (CD4, CCR5 et CXCR4) avec des IC50 sub nM. Une étude préclinique, réalisée chez le macaque en utilisant un modèle d’infection par voie vaginale, montre que cette molécule a protégé 83 % des animaux traités. A la suite de ces résultats encourageants, des molécules de seconde génération ont été dessinées et montrent des activités anti-VIH dix fois plus importante, à la fois dans les expériences d’infection cellulaire par du virus libre que dans un modèle de transmission virale cellule-cellule (synapse virologique), qui représente le mode de transmission le plus efficace et qui est souvent résistant aux anticorps neutralisants et aux drogues antivirales classiques. En savoir plus

CD4-mimetic sulfopeptide conjugates display sub-nanomolar anti-HIV-1 activity and protect macaques against a SHIV162P3 vaginal challenge. Ariën KK, Baleux F, Desjardins D, Porrot F, Coïc YM, Michiels J, Bouchemal K, Bonnaffé D, Bruel T, Schwartz O, Le Grand R, Vanham G, Dereuddre-Bosquet N, Lortat-Jacob H.Scientific Reports ;6:34829

Caracterisation du virus spumeux humain par microscopie electronique

Les virus Foamy ou spumeux appartiennent à la famille des rétrovirus qui comprend notamment le virus du SIDA. Ils établissent des infections persistantes dans de nombreuses espèces animales (primates, dont l’homme, bovidés, chats, hamsters, et otaries) mais ne n’engendrent pas de symptômes. De ce fait, ils sont considérés comme de potentiels vecteurs en thérapie génique. De manière à mieux comprendre leur structure, les scientifiques des groupes EBEV et MEM ont caractérisé le virus spumeux humain ou Prototype Foamy Virus (PFV) par cryo-microscopie et cryo-tyomographie électronique à l’aide du microscope électronique Polara de l’IBS et de sa caméra à détection directe d’électrons. La forme mature et infectieuse (bien que fixée au glutaraldéhyde dans notre cas) du PFV est de structure complexe et contient une nucléocapside en son centre ainsi qu’un réseau dense de glycoprotéines insérées dans la membrane virale. Ces dernières forment des trimères qui peuvent s’organiser en réseaux hexagonaux. La structure 3D de la glycoprotéine obtenue à 9 Å de résolution dans son contexte viral a permis la mise en évidence d’une partie s’arrangeant en superhélice (typique des protéines de fusion des rétrovirus de classe I) ainsi que de six hélices trans membranaires, une caractéristique propre aux virus spumeux. Ces résultats permettent des avancées dans la compréhension du cycle de vie de PFV qui aideront au développement de ce dernier comme vecteur en thérapie génique.

Cryo-electron Microscopy Structure of the Native Prototype Foamy Virus Glycoprotein and Virus Architecture. Effantin G, Estrozi LF, Aschman N, Renesto P, Stanke N, Lindemann D, Schoehn G, Weissenhorn W. PLoS Pathogens ;12(7):e1005721

La structure de la toxine BinAB révélée : un petit pas pour l’Homme, un gros tracas pour les moustiques !

BinAB, produite sous la forme de cristaux par une bactérie, tue spécifiquement les larves des moustiques Culex et Anophèles. Elle est cependant inactive sur les moustiques tigres (ou Aedes), vecteurs de la dengue et du chikungunya. Pour élargir le spectre d’action de BinAB, une connaissance de sa structure moléculaire est nécessaire. Longtemps restée inaccessible, elle est publiée le 28 septembre 2016 dans la revue Nature par un consortium international de chercheurs dont des membres de l’IBS.

Communiqué de presse

De novo phasing with X-ray laser reveals mosquito larvicide BinAB structure . Jacques-Philippe Colletier, Michael R. Sawaya, Mari Gingery, Jose A. Rodriguez, Duilio Cascio, Aaron S. Brewster, Tara Michels-Clark, Robert H. Hice, Nicolas Coquelle, Sébastien Boutet, Garth J. Williams, Marc Messerschmidt, Daniel P. DePonte, Raymond G. Sierra, Hartawan Laksmono, Jason E. Koglin, Mark S. Hunter, Hyun-Woo Park, Monarin Uervirojnangkoorn, Dennis K. Bideshi, Axel T. Brunger, Brian A. Federici, Nicholas K. Sauter, David S. Eisenberg. Nature DOI : 10.1038/nature19825

Le mécanisme réactionnel de l’enzyme NadA décortiqué

L’enzyme NadA synthétise l’acide quinolinique (QA), précurseur du nicotinamide adénosine dinucléotide(NAD), cofacteur universel d’un grand nombre de voies métaboliques. Malgré l’intérêt porté à cette réaction, son mécanisme restait très controversé. Nous avons donc résolu les structures cristallines des complexes entre NadA et(i)le produit de la condensation de ses deux substrats, (ii) un inhibiteur de la réaction et (iii), le QA, obtenu en faisant réagir des substrats dans le cristal. Ces complexes nous ont permis de décortiquer le mécanisme réactionnel et la nature de ses intermédiaires. Étant donné que NadA est une enzyme spécifique à plusieurs pathogènes cette information sera cruciale pour la conception de nouveaux antibiotiques.

Crystal Structures of Quinolinate Synthase in Complex with a Substrate Analogue, the Condensation Intermediate, and Substrate-Derived Product. Anne Volbeda, Claudine Darnault, Oriane Renoux, Debora Reichmann, Patricia Amara, Sandrine Ollagnier de Choudens, and Juan C. Fontecilla-Camps. J. Am. Chem. Soc. ;138(36):11802-9

Des neutrons pour comprendre le secret des bactéries extrêmophiles comme celles qui décomposent le Titanic

Les micro-organismes Halomonas sont capables de survivre à des environnements salés très hostiles. Pour cela ils accumulent la molécule ectoïne afin de compenser les fluctuations des concentrations externes de sel. Des expériences de diffusion de neutrons ont permis d’expliquer comment l’ectoïne permet à ces bactéries de survivre : elle agit, à l’intérieur des bactéries, en maintenant les propriétés dynamiques de l’eau, essentielles à la vie.
Publié dans Scientific Reports, ce résultat a été obtenu par une collaboration de chercheurs principalement de l’Institut Laue-Langevin, de l’IBS, de l’Institut Max Planck de biochimie et de la société de biotechnologies Bitop. Il permet une meilleure compréhension de l’adaptation des microbes à des environnements extrêmes. La bactérie Halomonas présente un fort potentiel d’applications biotechnologiques dans des domaines tels que la santé, la biorestauration et la gestion des déchets.

Communiqué/Press release

Neutrons describe ectoine effects on water H-bonding and hydration around a soluble protein and a cell membrane. Giuseppe Zaccai, Irina Bagyan, Jérôme Combet, Gabriel J. Cuello, Bruno Demé, Yann Fichou, François-Xavier Gallat, Victor M. Galvan Josa, Susanne von Gronau, Michael Haertlein, Anne Martel, Martine Moulin, Markus Neumann, Martin Weik, and Dieter Oesterhelt. Scientific Reports. 6:31434

Décryptage d’un système de guidage cellulaire pour lutter contre les infections à pneumocoque

La bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae (ou pneumocoque) utilise la protéine MapZ pour repérer et positionner précisément son site de division avant de se multiplier et générer des cellules filles identiques. Les chercheurs de l’Unité Microbiologie Moléculaire et Biochimie Structurale (UMR 5086) à Lyon et du groupe de NMR de l’Institut de Biologie Structurale ont décrypté au niveau structural et cellulaire les rouages moléculaires du déplacement et positionnement de MapZ au centre de la cellule. Cette étude fondamentale, publiée dans la revue Nature Communications, laisse entrevoir le développement futur de nouveaux types d’antibiotique pour lutter contre certaines infections bactériennes (détails).

Structure–function analysis of the extracellular domain of the pneumococcal cell division site positioning protein MapZ. Sylvie Manuse, Nicolas L. Jean, Mégane Guinot, Jean-Pierre Lavergne, Cédric Laguri, Catherine M. Bougault, Michael S. VanNieuwenhze, Christophe Grangeasse & Jean-Pierre Simorre. Nature Communications, doi:10.1038/ncomms12071, Published 27 June 2016

Cinétique de l’assemblée de la Transthyrétine surveillée par spectrométrie de masse native

La proteine homotetramérique Transthyrétine (TTR), responsable du transport de thyroxine et du retinol, est impliquée dans l’amylose, une maladie qui se caractérise par la présence de dépôts de agrégats moléculaires insolubles dans les tissus. L’aggrégation du type sauvage (WT) de la protéine TTR déclenche une amylose systémique sénile affectant principalement le coeur et provoquant une polyneuropathie et/ou une cardiomyopathie amyloïde familiale. Au fil des années, de nombreuses techniques ont été employées pour étudier cette proteine et son repliement et actuellement il existe plus de 200 structures de TTR. Malheureusement, aucune de ces données n’explique en détail le mécanisme de la formation de fibrilles amyloïdes.
Les scientifiques du groupe VIC, en collaboration aevc l’ILL, l’ESRF et Wolfson Institute for Biomedical Research ( London, UK), ont utilisé la spectrométrie de masse, la fluorescence avec thioflavine T et la cristallographie pour étudier l’effet de deutération sur TTR WT. Nous avons montré que, bien que les structures de TTR obtenues aux rayons X sur la protéine non marquée et marquée au deuterium sont pour l’essentiel identiques, la cinétique d’échange de sous-unités et la formation d’amyloïde sont accélérés pour la protéine deutérée. Ces observations sont importantes non seulement pour l’interprétation des études cinétiques impliquant la deutération, mais aussi pour découvrir le mécanisme de l’amylose. Sans aucun doute, les détails de structure de solvant et l’état de protonation des acides aminés seraient cruciaux pour une meilleure compréhension de l’amylose. Des études cristallographiques aux neutrons de mutations pathologiques de TTR sont actuellement en cours.

Impact of Deuteration on Assembly Kinetics of Transthyretin Monitored by Native Mass Spectrometry and Implications for Amyloidosis. Ai Woon Yee, Martine Moulin, Nina Breteau, Michael Haertlein, Edward P. Mitchell, Jonathan B. Cooper, Elisabetta Boeri Erba*, V. Trevor Forsyth* (*Corresponding authors). Angew Chem Int Ed Engl. 2016 Jun 17. doi : 10.1002/anie.201602747

Création de la start-up NMR-Bio

Issue du savoir-faire de l’Institut de Biologie Structurale (IBS) et de Institut de Biosciences et Biotechnologies (BIG) de Grenoble sur le marquage isotopique et la protonation spécifique des protéines deutérées, la société NMR-Bio repose sur une technologie de rupture qui permet de repousser les frontières de la RMN pour étudier, à l’échelle atomique, des assemblages de protéines de haut poids moléculaire. Dans ce cadre, elle distribue d’une part, des précurseurs permettant de marquer spécifiquement des protéines pour les études RMN et propose d’autre part, un service de protéines à façon/analyses de données RMN pour des groupes de recherches industriels. Fidèle au milieu dont elle est issue, elle revendique, de plus, une forte implication dans le domaine de la R&D pour continuer à développer des techniques de marquage innovantes et promouvoir les travaux de recherche fondamentale menés aussi bien par le groupe de RMN de l’IBS que le Laboratoire Chimie et Biologie des Métaux de BIG.
Créée le 08 janvier 2016, la start-up NMR-Bio, dirigée par Rime Kerfah, s’appuie sur une équipe dont les expertises sont complémentaires et qui se compose de deux conseillers scientifiques, Olivier Hamelin (UGA/BIG) et Jérôme Boisbouvier (CNRS/IBS), rejoints depuis mars par une responsable R&D-marquage isotopique, Élodie Crublet.


Le virus de la rougeole livre un de ses secrets

Pour la première fois, l’assemblage d’un complexe-clé du virus de la rougeole, appelé nucléocapside, vient d’être décrit in vitro. Les mécanismes de cet assemblage pourraient être exploités comme outil pour développer des thérapies antivirales. Ces travaux sont détaillés par des chercheurs de l’Institut de biologie structurale dans un article paru le 6 juin 2016 dans Angewandte Chemie.

Communiqué/Press release

Self-assembly of measles virus nucleocapsid-like particles : Kinetics and RNA sequence dependence. Sigrid Milles, Malene Ringkjøbing Jensen, Guillaume Communie, Damien Maurin, Guy Schoehn, Rob W.H. Ruigrok and Martin Blackledge. Angewandte Chemie, 30 May 2016

Production d’hydrogène par la lumière grâce à l’activité d’une hydrogenase adsorbée sur TiO2

La combinaison de l’enzyme hydrogenase de Desulfomicrobio bacutalum avec le semi-conducteur TiO2 permet la caractérisation photoélectrochimique de processus de transfert d’électrons dans des sites catalytiques très actifs placés sur la surface d’un électrode collecteur de lumière.
Ce travail paru le 10 mai 2016 dans Angew Chem Int Ed Engl. est le fruit d’une collaboration avec le Dr. Erwin Reisner (Department of Chemistry, University of Cambridge, Cambridge CB2 1EW (Royaume Uni))

Photoelectrochemical H2 Evolution with a Hydrogenase Immobilized on a TiO2 -Protected Silicon Electrode. Lee CY, Park HS, Fontecilla-Camps JC, Reisner E. Angew Chem Int Ed Engl. ;55(20):5971-4.

Nouvel éclairage sur la dynamique des protéines intrinsèquement désordonnées

La nature dynamique des protéines intrinsèquement désordonnées (PIDs) définit leur fonction, et pourtant nous ne savons que très peu de choses sur cette dynamique. Nous avons mesuré un grand nombre de vitesses de relaxation, à différents champs magnétiques, à différentes températures, et pour différentes longueurs de protéine. Ceci nous a permis de caractériser à un niveau de détail sans précédent la dynamique d’une PID de la nucléoprotéine du virus de Sendai. Grâce à cette étude détaillée, nous sommes en mesure de développer un cadre de recherche novateur pour la compréhension du comportement et de la fonction des PIDs.

Identification of Dynamic Modes in an Intrinsically Disordered Protein using Temperature-dependent NMR Relaxation. Abyzov A, Salvi N, Schneider R, Maurin D, Ruigrok RW, Jensen MR, Blackledge M. Journal of the American Chemical Society ;138(19):6240-51

Une avancée dans la recherche d’un vaccin contre le SIDA

Le sang d’un donneur d’Afrique sub-saharienne a conduit à une découverte remarquable qui pourrait être cruciale dans la recherche d’un vaccin contre l’infection par le VIH, le virus du SIDA. Le système immunitaire de ce donneur infecté a secreté de façon naturelle des anticorps puissants, qui, ainsi que l’ont montré des tests de laboratoire, peuvent reconnaître et neutraliser environ 50 pour cent des souches VIH-1 qui circulent dans le monde. Le VIH-1 est le type le plus répandu de VIH à l’échelle mondiale. Les chercheurs ont réussi à observer et comprendre comment le système immunitaire a développé ces anticorps, ce qui pourra aider à la conception d’un vaccin anti-VIH (Communiqué de presse).

Early Antibody Lineage Diversification and Independent Limb Maturation Lead to Broad HIV-1 Neutralization Targeting the Env High-Mannose Patch. Daniel T. MacLeod, Nancy M. Choi, Bryan Briney, Fernando Garces, Lorena S. Ver, Elise Landais, Ben Murrell, Terri Wrin, William Kilembe, Chi-Hui Liang, Alejandra Ramos, Chaoran B. Bian, Lalinda Wickramasinghe, Leopold Kong, Kemal Eren, Chung-Yi Wu, Chi-Huey Wong, show The IAVI Protocol C Investigators & The IAVI African HIV Research Network, Sergei L. Kosakovsky Pond, Ian A. Wilson, Dennis R. Burton, Pascal Poignard. Immunity ; DOI : http://dx.doi.org/10.1016/j.immuni.2016.04.016

L’union fait la fleur

Communiqués de presse

La protéine LEAFY, un facteur de transcription responsable de la formation des fleurs, est capable de s’assembler en petites chaines formées de plusieurs protéines. Ce mécanisme lui permet de se fixer et d’activer des régions du génome inaccessibles à une protéine seule. Ces résultats ont été obtenus par des chercheurs du Laboratoire de physiologie cellulaire végétale et de l’Institut de biologie structurale, en collaboration avec des partenaires internationaux. Publiés le 21 avril 2016 dans Nature communications, ils ouvrent la voie à de nouvelles pistes de recherche sur la régulation de l’expression des gènes.

A SAM oligomerization domain shapes the genomic binding landscape of the LEAFY transcription factor. Sayou C, Nanao MH, Jamin M, Posé D, Thévenon E, Grégoire L, Tichtinsky G, Denay G, Ott F, Peirats Llobet M, Schmid M, Dumas R, Parcy F. Nature Communication ;7:11222.

Une réaction de chimie radicalaire filmée dans une protéine

Une équipe de recherche de l’IBS (Groupe Métalloprotéines), en collaboration avec des scientifiques de l’Inra-Agroparitech-Upsay, le groupe RMN de l’IBS et l’INAC, décrit, pour la première fois, le mécanisme de formation d’une liaison carbone-soufre de façon très détaillée. Ils établissent, en quelque sorte, le tout premier ’film’ du déroulement d’une réaction radicalaire, difficile à étudier dans une protéine. La liaison carbone-soufre est très difficile à former, pourtant ce type de liaison joue un rôle clé dans de nombreux médicaments. Les résultats de cette étude sont publiés dans Nature Chemistry le 04 avril 2016 (détails).

​Carbon–sulfur bond-forming reaction catalysed by the radical SAM enzyme HydE. Roman Rohac, Patricia Amara, Alhosna Benjdia, Lydie Martin, Pauline Ruffié, Adrien Favier, Olivier Berteau, Jean-Marie Mouesca, Juan C. Fontecilla-Camps and Yvain Nicolet. Nature Chemistry DOI : 10.1038/nchem.2490

Cristallographie sérielle de la protéine fluorescente commutable IrisFP

La cristallographie sérielle à l’échelle de la femtoseconde (SFX) est une nouvelle variante de la cristallographie qui exploite les impulsions très intenses produites par les lasers à électrons libres (XFEL) pour collecter des données de diffraction à partir de multiples micro ou nano cristaux. La nature ultra-courte de ces impulsions permet par ailleurs de caractériser la dynamique structurale avec une résolution de 100 femtosecondes. Une telle résolution est nécessaire pour comprendre certains événements complexes de la photochimie des protéines fluorescentes, par exemple comment s’opère la transition entre les états allumé et éteint des protéines photo-commutables. Ces protéines sont d’une importance majeure pour la microscopie de super-résolution.
Dans cette étude, le groupe DYNAMOP et ses collaborateurs de SACLA (Japon), du Max-Planck à Heidelberg, des Universités de Lille et Rennes et de l’ESRF, offrent une preuve de principe pour la conduite de ce type d’étude, en prenant comme protéine modèle la protéine fluorescente commutable IrisFP, développée à l’IBS. Grâce à la spectroscopie d’absorption ultrarapide, des états intermédiaires de photo-commutation ont été caractérisés de la picoseconde à milliseconde, qui suggèrent un processus séquentiel d’isomérisation et de transfert d’un proton. La structure SFX d’IrisFP, résolue à partir d’une quantité minimale d’échantillons (7µl de protéine cristallisée), montre un chromophore parfaitement défini, offrant le point de départ pour des expériences temps-résolu.

Serial Femtosecond Crystallography and Ultrafast Absorption Spectroscopy of the Photoswitchable Fluorescent Protein IrisFP. Colletier JP, Sliwa M, Gallat FX, Sugahara M, Guillon V, Schiro G, Coquelle N, Woodhouse J, Roux L, Gotthard G, Royant A, Uriarte LM, Ruckebusch C, Joti Y, Byrdin M, Mizohata E, Nango E, Tanaka T, Tono K, Yabashi M, Adam V, Cammarata M, Schlichting I, Bourgeois D, Weik M (2016) The Journal of Physical Chemistry Letters : 882-887

Une protéine prise en flagrant délit d’évolution

​Des chercheurs du groupe Métalloprotéines de l’IBS ont découvert une nouvelle propriété de la protéine NosL. Déjà connue pour son implication dans la synthèse de l’antibiotique Nosiheptide, cette protéine est également capable de casser des liaisons chimiques différentes de celles pour lesquelles elle était originellement optimisée, ce qui constitue un exemple de l’évolution d’une enzyme pour s’adapter à une nouvelle fonction à partir de contraintes structurales héritées. Cette propriété remarquable pourrait trouver un intérêt dans la lutte contre les infections nosocomiales. Les résultats de cette étude sont publiés dans Science le 18 mars 2016.​ Détails

Fine-Tuning of a Radical-Based Reaction by Radical S-Adenosyl-L- Methionine Tryptophan Lyase
Giuseppe Sicoli, Jean-Marie Mouesca, Laura Zeppieri, Patricia Amara, Lydie Martin, Anne–Laure Barra, Juan C. Fontecilla-Camps, Serge Gambarelli, Yvain Nicolet
Science ;351(6279):1320-3

Décès de Bernard Jacrot, promoteur de la biologie structurale à Grenoble

Ingénieur au CEA dans les années soixante, premier directeur français de l’ILL de 1967 à 1973, directeur de l’antenne grenobloise de l’EMBL de 1980 à 1990, Bernard Jacrot a joué un rôle important dans l’établissement de la Biologie Structurale à Grenoble.

Ancien élève de l’Ecole Polytechnique, ingénieur en biophysique et docteur en sciences physiques, Bernard Jacrot fut adjoint au chef du service de physique du solide au CEA. C’est de là que, dès 1962, il a soutenu avec beaucoup d’enthousiasme le projet de centre de recherche neutronique franco-allemand qui allait devenir l’ILL. Il en est devenu le premier directeur français, en 1967, en tandem avec le Prof. H. Maier-Leibnitz et s’est peu à peu spécialisé en biologie, parvenant à démontrer tout l’intérêt des recherches neutroniques dans ce domaine.
Par la suite, il a fortement encouragé les structuralistes grenoblois à regrouper leurs forces, initiant des réunions communes, incitant plusieurs physiciens à aborder le monde de la biologie et contribuant à l’acquisition d’un diffractomètre automatique, utilisé par toute la communauté des cristallographes grenoblois. Un laboratoire de Biologie Structurale a ainsi vu le jour au CENG, puis une Unité de Recherche Associée (URA) au CNRS a permis un regroupement plus important de chercheurs de diverses origines (INSERM, CNRS, CEA, Université, etc.), le lancement d’activités d’enseignement à l’UJF et la participation au DEA national de Biologie Structurale. Les projets nationaux IMABIO au CNRS et Protéine 2000 au CEA ont ensuite permis l’émergence d’un centre de biologie structurale français à Grenoble, l’IBS, ardemment souhaité par les membres de l’URA pour tirer tout le bénéfice de la proximité des deux grands instruments de la biologie structurale que sont l’ESRF et l’ILL.

Les travaux des groupes LSS et Sciences du Vivant de l’ILL, ainsi que ceux de l’IBS et du PSB lui doivent beaucoup. La Direction de l’IBS et son personnel lui rendent hommage et adressent leurs sincères condoléances à sa famille et à ses proches.

Le côté obscur des protéines fluorescentes photoconvertibles

Les protéines fluorescentes photoconvertibles sont des marqueurs de choix pour la microscopie de fluorescence à super-résolution « PALM » (PhotoActivated Localization Microscopy). Ces marqueurs permettent notamment de compter une à une des protéines cibles d’intérêt, directement à l’intérieur de la cellule. Malheureusement, la justesse du comptage est limitée par le phénomène de « scintillement », i.e. le caractère discontinu de l’émission de lumière par une molécule fluorescente unique au cours du temps. En effet, un marqueur unique qui scintille ne peut pas être facilement différencié d’un ensemble de marqueurs distincts apparaissant successivement au même endroit. Le scintillement résulte de transitions stochastiques et réversibles entre états fluorescents et états sombres, mais les mécanismes en jeu restent très mal compris. L’amélioration de la qualité des analyses PALM quantitatives repose donc sur la conception de variants peu scintillants. En combinant cristallographie aux rayons X, spectroscopie et microscopie PALM, nous avons mis en évidence que l’orientation d’un seul acide aminé très conservé et situé à proximité du chromophore, contrôle entièrement le scintillement des protéines fluorescentes photoconvertibles. La connaissance de l’orientation de cet acide aminé (arginine 66) suffit alors pour prédire les propriétés de scintillement. Cette recherche (que l’ANR se refuse à financer) apporte donc de nouvelles connaissances en photophysique fondamentale et offre de nouvelles pistes pour la conception raisonnée de mutants optimisés pour la microscopie PALM quantitative.

Arginine 66 Controls Dark-State Formation in Green-to-Red Photoconvertible Fluorescent Proteins. Romain Berardozzi, Virgile Adam, Alexandre Martins et Dominique Bourgeois. Journal of the American Chemical Society ;138(2):558-65.

Christophe Moreau, lauréat d’une prestigieuse bourse européenne « ERC Consolidator Grants »

Le Conseil européen de la recherche (European Research Council , ERC) vient de décerner une bourse "Consolidator Grant" à Christophe Moreau, membre du groupe Channels de l’IBS, dans le cadre d’un projet visant à développer la technologie Ion Channel-Coupled Receptor (ICCR) pour des applications de diagnostic in vitro.

Christophe Moreau est chercheur CNRS à l’institut de Biologie Structurale de Grenoble (IBS - unité mixte CEA/CNRS/UGA). Son projet, intitulé « NANOZ-ONIC » a reçu un soutien financier de la part de l’ERC qui s’élève à 1 770 000 € sur 5 ans. L’excellence scientifique au niveau européen est l’un des principaux critères de sélection de ces bourses qui récompensent des chercheurs talentueux possédant entre 7 et 12 ans d’expérience depuis l’obtention de leur doctorat, ayant un parcours scientifique prometteur et qui souhaitent consolider leur équipe de recherche.

En quoi consiste le projet récompensé ?
La technologie ICCR sera interfacée avec des dispositifs de nano-électroniques en partenariat avec le Pr. Tai Hyun PARK et le Pr. Seunghun HONG de l’Université Nationale de Séoul. La technologie ICCR a été créée au sein du groupe Channels en attachant par ingénierie protéique des récepteurs membranaires de la famille des Récepteurs Couplés aux Protéines G (RCPG) à un canal ionique. Lorsque le récepteur reconnait une molécule spécifique (ligand), le canal ionique génère un signal électrique indépendant des voies de signalisation intracellulaires et qui est aisément détectable par des techniques électrophysiologiques classiques ou des dispositifs de micro- ou nano-électroniques.

Synthèses de CO et CN- par la maturase de l’hydrogénase à [FeFe] HydG

Les hydrogénases, enzymes responsables de la production et de la consommation de l’hydrogène moléculaire, se caractérisent par des sites catalytiques contenant des atomes de fer, liés aux ligands biologiquement atypiques, le CO et le CN-. Chez les enzymes à FeFe, ces ligands sont produits à partir de la tyrosine par HydG, une enzyme à radical S-adénosyle-L-méthionine. Dans cette étude, nous avons élucidé le mécanisme catalytique de HydG et nos résultats structuraux et fonctionnels montrent que, de façon inattendue, la synthèse du CN- et du CO est faite dans deux sites bien différenciés.

CO and CN- syntheses by [FeFe]-hydrogenase maturase HydG are catalytically differentiated events. Pagnier A, Martin L, Zeppieri L, Nicolet Y, Fontecilla-Camps JC. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Jan 5 ;113(1):104-9.