Menu
Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Contacts relatifs à cet article / NEUMANN Emmanuelle

L’étude de la structure de complexes macromoléculaires

La plupart de nos travaux se font en collaboration avec d’autres groupes qui possèdent une expertise dans la biochimie des échantillons (principalement IBS, EMBL, iRTSV) .
Nous cherchons à comprendre le fonctionnement des assemblages macromoléculaires en déterminant leurs structures 3D grâce à la cryo-microscopie électronique. Les échantillons que nous étudions sont variés et comprennent des virus entiers (virus Epstein-Barr, adénovirus , bactériophages , etc ...), des polymérases virales (virus de la grippe, VSV), des complexes ESCRT, des protéases, des peptidases, des sécrétines, des complexes impliquant des microtubules et des nanotubes. Nous visualisons nos échantillons en microscopie classique (coloration négative) ou en cryo-microscopie électronique puis nous utilisons l’analyse d’image pour obtenir la structure 3D à la résolution la plus élevée possible. La demande est importante en microscopie électronique à l’IBS, et nous continuerons à soutenir d’autres groupes dans leur recherche. À cette fin, nous allons faire le meilleur usage de nos nouveaux instruments et techniques d’analyse d’images.
Nous sommes particulièrement intéressés par les virus à ARN brin négatif, que nous étudions en collaboration avec le groupe Ruigrok/Jamin à l’IBS et le groupe Cusack à l’EMBL. La résolution de la structure 3D de petites particules (< 250 kDa) est un challenge pour la microscopie électronique. Elles sont considérées comme très petites et nécessitent donc des stratégies spécifiques pour être sûr que la structure déterminée est correcte. Le nouveau détecteur direct d’électrons devrait nous permettre d’obtenir de meilleures résolutions pour les particules de petites tailles.
Notre activité de développement dans la partie expérimentale sera axée sur la tomographie électronique pour les particules isolées (appliquée à C1q/C1 et aux phages), mais aussi sur les coupes de cellules. Cette dernière partie est en cours de développement sur les protéines de l’appareil de Golgi (H Lorta - Jacob) et du système de ESCRT (W Weissenhorn). À moyen terme, nous envisageons également de développer la microscopie électronique corrélative et pour cela nous allons utiliser le modèle de l’adénovirus.

Voici quelques résultats :

Système ESCRT

See Weissenhorn Group
3D reconstruction of a 485 Å average diameter tube. Two helically related asymmetric units are colored green and red.

WeMembres de l’équipe impliqués : Christine Moriscot, Grégory Effantin et Guy Schoehn
Collaboration  : Groupe EBEV IBS Winfried Weissenhorn

Negative staining EM image of CdvA filaments (scale bar : left 50 nm ; right 20 nm)

Publication :
Moriscot C, Gribaldo S, Jault JM, Krupovic M, Arnaud J, Jamin M, Schoehn G, Forterre P, Weissenhorn W and Renesto P (2011). Crenarchaeal CdvA forms double-helical filaments containing DNA and interacts with ESCRT-III-like CdvB. PLoS One 6(7) : e21921

Grâce à différentes méthodes de caractérisations biophysiques des échantillons dont la microscopie électronique, nous avons pu confirmer que les protéines Cdv sont homologues par rapport à leur équivalent eukaryote : ESCRT-III. L’étude d’un des membres de cette famille : CdvA suggère qu’il est impliqué non seulement dans l’organisation du septum chez les Crenarchae mais aussi dans la coordination de la ségrégation du génome.

Publication :
Effantin G, Dordor A, Sandrin V, Martinelli N, Sundquist WI, Schoehn G, Weissenhorn W. (2013). ESCRT-III CHMP2A and CHMP3 form variable helical polymers in vitro and act synergistically during HIV-1 budding. Cell Microbiol. 15(2):213-26.

Nous avons résolu la structure du complexe de tri endosomal requis pour le transport CHMP2A-CHMP3 à 22 Å de résolution en utilisant la cryo-microscopie électronique. Ce complexe est essentiel pour le bourgeonnement de certains virus enveloppés, pour la formation de vésicules intraluminales au niveau des endosomes, et pour l’étape d’abscission de la cytokinèse. L’utilisation de siARN,des expériences de knock-down et de résonance plasmonique de surface, nous ont également permis de montrer que le polymère CHMP2A-CHMP3 observé in vitro contribue au bourgeonnement du VIH-1 grâce à l’assemblage de polymères CHMP4B.

Complexe de sporulation SpoIIIA

Membres de l’équipe impliqués : Emmanuelle Neumann et Guy Schoehn
Collaboration  : Groupe Pneumocoque IBS (Cécile Morlot)


Reconstruction 3D du complexe SpoIIIA incrustée sur un fond de coloration négative du même complexe

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.

Publication :
Rodrigues CD, Henry X, Neumann E, Kurauskas V, Bellard L, Fichou Y, Schanda P, Schoehn G, Rudner DZ, Morlot C. (2016). A ring-shaped conduit connects the mother cell and forespore during sporulation in Bacillus subtilis. Proc Natl Acad Sci U S A.113(41):11585-11590.

Symétrisation de petites protéines pour résoudre leur structure par microscopie électronique

Membres de l’équipe impliqués  : Léandro Estrozi, Hélène Malet, Guy Schoehn
Collaboration : Groupe VIC de l’IBS (Carlo Petosa)

Ce projet, porté par Carlo Petosa (groupe VIC IBS) a démontré la faisabilité de la « symétrisation » d’une protéine sur un échafaudage composé par une protéine oligomérique. Nous avons ainsi résolu la structure de la Maltose Binding Protein par microscopie électronique (40 kDa) à une résolution d’environ 6-8 Å.


Reconstruction 3D du complexe de fusion génétique entre MBP et la glutamine synthétase.
La partie de droite représente en détail une partie de la GS

Publication :
Coscia F, Estrozi LF, Hans F, Malet H, Noirclerc-Savoye M, Schoehn G, Petosa C. (2016). Fusion to a homo-oligomeric scaffold allows cryo-EM analysis of a small protein. Sci Rep. 6:30909.

Complexe C1

W.L. Ling, 2010

Membres de l’équipe impliqués  : Christine Moriscot, Wai Li Ling, Guy Schoehn
Collaboration : Groupe IRPAS de l’IBS (Nicole Thielens)

Nous étudions le complexe C1 du système immunitaire inné et sa cible de reconnaissance : l’unité C1q en interaction avec différents ligands. Ces différents ligands sont des protéines comme LDL (« low density lipoprotein »), la calreticuline, le prion, ou encore des nanotubes de carbone employés couramment en nanotechnologie.

Publications :
Gaboriaud C, Ling WL, Thielens NM, Bally I, Rossi V (2014). Deciphering the fine details of c1 assembly and activation mechanisms : "mission impossible" ? Front Immunol. 2014 Nov 6 ;5:565.
Bally I, Ancelet S, Moriscot C, Gonnet F, Mantovani A, Daniel R, Schoehn G, Arlaud GJ, Thielens NM (2013). Expression of recombinant human complement C1q allows identification of the C1r/C1s-binding sites. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 May 21 ;110(21):8650-5.