Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

2021

Comment les polymères remplacent l’eau autour des protéines

© Yann Fichou

La danse des molécules d’eau à la surface des protéines solubles leur permet d’être dynamiques et biologiquement actives. Étonnamment, des polymères attachés à une surface d’une protéine peuvent remplacer cette eau d’hydratation et garantissent le maintien de l’activité macromoléculaire. Le mécanisme par lequel les polymères se substituent à l’eau d’hydratation vient d’être découvert par des chercheurs du groupe DYNAMOP à l’IBS, en collaboration avec des collègues des Universités de Californie Irvine, de Bordeaux, de Bristol et de Perugia, ainsi que le Heinz-Maier Leibnitz Zentrum à Garching. La combinaison de spectroscopie neutronique et de simulations par dynamique moléculaire a mis en lumière les mouvements qui animent ce nano-hybride protéine-polymère en absence d’eau. La séparation de la dynamique interne des polymères et de la protéine a été possible à travers une deutération sélective, qui consiste à remplacer des atomes d’hydrogène par des atomes de deutérium. Les chercheurs ont alors observé que les mouvements internes des polymères et des protéines sont qualitativement très similaires. A contrario la dynamique de l’eau est de nature très différente : des mouvements dits segmentaux des polymères substituent les mouvements translationnels des molécules d’eau à la surface de la protéine. Même si cette substitution permet à une protéine de rester fonctionnelle en l’absence d’eau, certains modes dynamiques semblent être supprimés dans la protéine. Ceci pourrait expliquer une certaine baisse de l’activité protéique observée dans les nano-hybrides polymère-protéine. Le travail réalisé indique des pistes pour modifier les polymères de telle façon à minimiser cette baisse, ce qui sera particulièrement important pour l’utilisation des nano-hybrides par les industries pharmaceutiques et cosmétiques.

Diffusive-like motions in a solvent free protein-polymer hybrid. Schirò G, Fichou Y, Brogan APS, Sessions R, Lohstroh W, Zamponi M, Schneider GJ, Gallat F-X, Paciaroni A, Tobias DJ, Perriman A, Weik M. Physical Review Letters 126, 088102

Contacts : Martin Weik, chercheur CEA de l’IBS et Giorgio Schirò, chercheur CNRS de l’IBS - Groupe Dynamique et Cinétique des processus moléculaires

Assemblage supramoléculaire de l’Escherichia coli LdcI en cas de stress acide

Les bactéries possèdent un arsenal sophistiqué de mécanismes de défense qui leur permettent de survivre dans des conditions défavorables. Ainsi l’adaptation au stress acide et à l’hypoxie est cruciale pour la transmission des entérobactéries dans le tube digestif de leur hôte humain. A l’aide de la microscopie de fluorescence super-resolution en trois dimensions et de la cryo-microscopie electronique, les chercheurs du groupe MICA de l’IBS, en collaboration avec l’équipe Pixel du groupe I2SR et de la plateforme M4D de l’IBS, ont montré qu’en réponse au stress acide, l’enzyme decarboxylase à lysine (LdcI) forme des assemblages supramoleculaires in vivo chez E. coli et polymerise en filaments, dont ils ont determiné la structure atomique in vitro. Une combinaison avec des analyses biochimiques, structurales et mutationelles leur a permis de proposer un nouveau modèle moléculaire du mécanisme d’action de LdcI à l’intérieur de la cellule entérobactérienne, fournissant une base structurale et mécanistique pour des études futures de la reponse au stress. Ces travaux ont permis par ailleurs de développer une méthode générale, applicable à tout type de cellules, pour étudier des assemblages moléculaires en combinant les deux types de microscopies tout en préservant leur integrité structurale et leurs interactions avec des partenaires cellulaires.

Supramolecular assembly of the Escherichia coli LdcI upon acid stress. Jessop M, Liesche C, Felix J, Desfosses A, Baulard M, Adam V, Fraudeau A, Huard K, Effantin G, Kleman JP, Bacia-Verloop M, Bourgeois D, Gutsche I. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Jan 12 ;118(2):e2014383118.

Félicitations à Andrea Carfi, ancien doctorant IBS, pour son implication dans le développement du vaccin à ARNm de Moderna

Photo credits : https://masscpr.hms.harvard.edu/vaccines

Nous sommes fiers d’annoncer que Andrea Carfi, actuel vice-président et directeur de la recherche sur les maladies infectieuses chez Moderna (société qui développe le vaccin à ARNm contre la COVID-19), est un ancien doctorant de l’IBS.

Après avoir obtenu un doctorat à l’IBS en 1997 sous la direction d’Otto Dideberg (désormais retraité), Andrea Carfi a effectué un post-doctorat dans le groupe du professeur Don Wiley à l’hôpital pour enfants de Boston (Université de Harvard), croisant ainsi le chemin de l’actuel directeur de l’IBS, le professeur W. Weissenhorn. Andrea Carfi s’est ensuite tourné vers l’industrie, en rejoignant Merck (Rome) en 2002. Il est retourné à Cambridge, MA, États-Unis en 2010 en tant que cadre supérieur, d’abord chez Novartis Vaccines, puis chez GSK Vaccins. Depuis 2017 il a rejoint Moderna et contribué au développement du vaccin à ARNm COVID-19 de Moderna, dont l’utilisation a récemment été approuvée par l’Agence européenne des médicaments (https://www.ema.europa.eu/en/news/ema-recommends-covid-19-vaccine-moderna-authorisation-eu). Ce vaccin est utilise en France contre la Covid 19 depuis le 11 janvier 2021.

En savoir plus :

SARS-CoV-2 mRNA vaccine design enabled by prototype pathogen preparedness. Corbett KS, Edwards DK, Leist SR, Abiona OM, Boyoglu-Barnum S, Gillespie RA, Himansu S, Schäfer A, Ziwawo CT, DiPiazza AT, Dinnon KH, Elbashir SM, Shaw CA, Woods A, Fritch EJ, Martinez DR, Bock KW, Minai M, Nagata BM, Hutchinson GB, Wu K, Henry C, Bahl K, Garcia-Dominguez D, Ma L, Renzi I, Kong WP, Schmidt SD, Wang L, Zhang Y, Phung E, Chang LA, Loomis RJ, Altaras NE, Narayanan E, Metkar M, Presnyak V, Liu C, Louder MK, Shi W, Leung K, Yang ES, West A, Gully KL, Stevens LJ, Wang N, Wrapp D, Doria-Rose NA, Stewart-Jones G, Bennett H, Alvarado GS, Nason MC, Ruckwardt TJ, McLellan JS, Denison MR, Chappell JD, Moore IN, Morabito KM, Mascola JR, Baric RS, Carfi A, Graham BS. (2020). Nature ; 586(7830):567-571.

https://news.harvard.edu/gazette/story/2020/04/harvards-coronavirus-vaccine-efforts/ & https://masscpr.hms.harvard.edu/vaccines