Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

2022

Journée scientifique 2022 et célébration du 30e anniversaire de l’IBS

L’IBS a fêté son 30eme anniversaire à l’occasion de sa Journée scientifique annuelle le 16 juin 2022 en présence de 220 personnes. Pour cette occasion spéciale, la journée scientifique a eu lieu à l’amphithéâtre Minactec avec, entre autre, des rétrospectives de 30 années de réalisations, ainsi qu’une partie dédiée aux enjeux actuels et perspectives. Un focus particulier a été présenté sur la cristallographie (après un focus RMN en 2019 et microscopie électronique en 2021). Afin de partager ces informations avec nos partenaires académiques et industriels, des captations vidéos de certains moments clés seront mises en ligne sur la chaine Youtube de l’IBS d’ici l’automne.

Une session posters était également proposée pendant le déjeuner, et des nouvelles d’anciens doctorants ont été diffusées par le biais de vidéos. Le prix du Jeune chercheur 2022 a été attribué à Benoit Arragain qui a effectué sa thèse dans le groupe MEM portant sur l’analyse structuralle et fonctionnelle de la réplication et de la transcription des Bunyavirus. Le Prix du Flash/Poster est revenu à Elda Bauda (actuellement en 2eme année dans le groupe Pneumocoque) pour ses travaux sur l’architecture de SpoIIIA-SpoIIQ, une nanomachine impliquée dans la sporulation bactérienne.

En conférence de clôture, deux conférenciers de l’Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble ont présenté "De Curiosity à Perseverance", une décennie de recherches à la surface de Mars.

Pour clôturer ce trentenaire, une soirée festive a été organisée sur le campus EPN pour l’ensemble du personnel avec jeux et animations musicales.

Présentation plénière / Plenary presentation
Perspectives pour l’IBS par W. Weissenhorn / W. Weissenhorn envisions the futur
La fresque des 30 ans et ses auteurs / 3 decades IBS fresco and its authors
E. Bauda lors de la session poster / E. Bauda during poster session
Diner anniversaire / Celbration Diner

Parution de la nouvelle Lettre d’information de l’IBS

Retrouvez le numéro de Juin 2022.

Chimie radicalaire : comment elle est contrôlée par les enzymes à Radical SAM

La chimie radicalaire permet, grâce à l’utilisation d’intermédiaires de haute énergie, de réaliser des réactions difficiles, voire impossibles par la chimie dite polaire. Dans la nature, ces réactions sont extrêmement contrôlées par l’environnement structural au sein d’enzymes dédiées. Les protéines dites « Radical SAM » utilisent un centre fer-soufre et la S-adénosylméthionine pour initier des réactions radicalaires variées. Ces métalloprotéines sont notamment retrouvées dans la biosynthèse de nombreux cofacteurs, mais aussi dans la modification de peptides à propriété antibiotique. La résolution de la structure cristalline de ThiH impliquée dans la synthèse anaérobie de la vitamine B1 a permis au chercheur du groupe Métalloprotéines de l’IBS, en combinant analyse structurale et calculs théoriques, de comprendre comment le substrat est reconnu par la protéine et comment il est activé. En particulier, le transfert d’atome d’hydrogène est facilité par un effet tunnel qui permet l’abaissement de la barrière d’activation. Enfin, ces travaux ont montré comment une somme de petits changements ont permis de modifier à la fois la sélectivité de substrat et la spécificité de réaction chimique au sein de cette importante famille de protéines, ouvrant ainsi la porte à de futurs travaux d’ingénierie moléculaire pour une plus grande utilisation de ces protéines comme outil biotechnologique.

L-tyrosine-bound ThiH structure reveals C-C bond break differences within radical SAM aromatic amino acid lyases. Amara P, Saragaglia C, Mouesca JM, Martin L, Nicolet Y. Nature Communications ; 13(1):2284

Contact : Yvain Nicolet, chercheur CEA de l’IBS (groupe Métalloprotéines)

Comment une enzyme fait de la place pour ses substrats

Chez les enzymes, la « 1ère sphère de coordination  » décrit la liaison d’un ou plusieurs substrats au site actif, tandis que les ligands protéiques qui servent à le(s) orienter correctement sont généralement définis comme appartenant à la « 2ème sphère de coordination ». Les éléments protéiques qui se trouvent au-delà de ce point, et qui peuvent encore affecter la catalyse, font partie de la « sphère de coordination externe ». La quinolinate synthase est un bon exemple de cette classification car, en plus d’avoir un site actif et des résidus qui fixent ses substrats, elle module le volume de ce site par des changements conformationnels internes remarquables.

Quinolinate synthase : an example of the roles of the second and outer coordination spheres in enzyme catalysis. Juan C. Fontecilla-Camps* and Anne Volbeda. Chem Rev. (2022) doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00869.

Contact : Juan Carlos Fontecilla-Camps chercheur CEA de l’IBS (groupe Métalloprotéines)

L’endosulfatase extracellulaire HSulf-2 porte une chaîne de sucres qui « musèle » son activité pro-tumorale

Les polysaccharides de type Glycosaminoglycanes (GAGs) sont des constituants essentiels des surfaces cellulaires et des matrices interstitielles. Parmi eux, les héparanes sulfates (HS) sont impliqués dans un grand nombre de fonctions biologiques, de par leur capacité à fixer et à réguler l’activité d’un large répertoire de protéines de signalisation. Ces mécanismes sont finement contrôlés, notamment par des enzymes extracellulaires telles que l’endosulfatase HSulf-2, qui modifient la structure des HS et leurs propriétés d’interaction.
Des chercheurs de l’IBS (Structure et activité des Glycosaminoglycanes, équipe Vivès) et du CEA-Biosanté (Equipe IMAC, Odile Filhol-Cochet) ont montré que HSulf-2 est elle-même porteuse d’une chaîne de GAG qui agit comme un régulateur de son activité. Ainsi, son élimination (par mutation ou digestion enzymatique) accroit significativement l’activité de l’enzyme in vitro, et la surexpression de Sulf-2 dépourvue de chaine de GAG dans des cellules de cancer mammaire favorise la prolifération, la migration et l’invasion cellulaire, mais également la croissance tumorale et l’apparition de métastases pulmonaires in vivo (figure).
Ces travaux apportent un nouvel éclairage sur le mécanisme de régulation des HS par HSulf-2, et pour le développement de stratégies antitumorales ciblant ces enzymes.

Extracellular endosulfatase Sulf-2 harbors a chondroitin/dermatan sulfate chain that modulates its enzyme activity. El Masri R, Seffouh A, Roelants C, Seffouh I, Gout E, Pérard J, Dalonneau F, Nishitsuji K, Noborn F, Nikpour M, Larson G, Crétinon Y, Friedel-Arboleas M, Uchimura K, Daniel R, Lortat-Jacob H, Filhol O, Vivès RR. Cell Reports ; 38(11):110516

Contact : Romain Vivès, chercheur CNRS de l’IBS (Groupe Structure et Activité des Glycosaminoglycanes)

Les rotations des acides aminés aromatiques : résolution d’un paradoxe de longue date dans la dynamique des protéines

Des études de résonance magnétique nucléaire (RMN) menées dans les années 1970 ont démontré de manière surprenante que les acides aminés aromatiques des protéines peuvent subir des rotations. Paradoxalement, ces acides aminés aromatiques sont, dans de nombreux cas, situés dans le cœur hydrophobe, où ils s’engagent dans de multiples interactions pour maintenir le repliement de la protéine et donc sa fonction. À l’époque, il a été proposé que des "mouvements respiratoires" à grande échelle de la protéine soient nécessaires pour faciliter ces rotations, mais jusqu’à présent, les détails structurels de ces mouvements sont restés énigmatiques.
En combinant la spectroscopie RMN et la cristallographie aux rayons X, les chercheurs de l’IBS (Groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN) en collaboration avec des chercheurs de l’IAB (Groupe Palencia) ont pu révéler pour la première fois les changements structurels associés aux rotations des aromatiques dans le cœur d’une protéine. L’étude montre comment un volume vide est généré autour de l’aromatique pour permettre la rotation de sa chaine latérale.
Cette découverte, publiée dans Nature le 16 février 2022, a des implications à la fois pour la conception des protéines et la prédiction de leur structure, en soulignant comment même de petites altérations dans l’équilibre délicat des interactions qui stabilisent le cœur hydrophobe peuvent conduire à des changements majeurs dans la structure de la protéine.

Visualizing protein breathing motions associated with aromatic ring flipping. L. Mariño Pérez, F.S. Ielasi, L.M. Bessa, D. Maurin, J. Kragelj, M. Blackledge, N. Salvi, G. Bouvignies, A. Palencia*, M.R. Jensen*. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04417-6

Contact : Malene R. Jensen, chercheur CNRS de l’IBS (Groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN)

Une plateforme vaccinale inspirée de l’adénovirus à l’assaut du COVID-19 et des pandémies du futur

Si des solutions vaccinales basées sur l’ARNm ont émergé très rapidement pour gérer la crise ‘COVID-19’ provoquée par le SARS-CoV-2, ces dernières possèdent des limites logistiques (conservation à -20°C, utilisation dans les 6h) qui ne permettent pas leur déploiement à large échelle. De plus, une immunité stérilisante empêchant une personne vaccinée de transmettre le virus n’existe pas à ce jour.
L’équipe ‘Adenovirus et applications’ de Pascal Fender à l’IBS a conçu une particule non-infectieuse inspirée de l’adénovirus capable d’afficher de manière spontanée et irréversible jusqu’à 60 copies d’un antigène glycosylé du SARS-CoV-2. La structure de ces nouveaux vaccins a été résolue par cryo-EM par l’équipe de Guy Schoehn. En collaboration avec Dalil Hannani du laboratoire TIM-C, des immunisations ont été réalisées chez la souris avec ces vaccins de nouvelle génération. La caractérisation immunitaire par le groupe de Pascal Poignard a permis de montrer que l’affichage des antigènes sur la plateforme vaccinale permettait une neutralisation totale et à long terme du SARS-CoV-2.
Les travaux rapportant la génération et la caractérisation de cette nouvelle technologie vaccinale rapidement adaptable à tous les virus émergents et donc aux pandémies du futur viennent d’être publiés dans la revue Molecular Therapy.

Elicitation of potent SARS-CoV-2 neutralizing antibody responses through immunization with a versatile adenovirus-inspired multimerization platform. Chevillard C, Amen A, Besson S, Hannani D, Bally I, Dettling V, Gout E, Moreau CJ, Buisson M, Gallet S, Fenel D, Vassal-Stermann E, Schoehn G, Poignard P, Dagher MC, Fender P. Molecular Therapy https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2022.02.011.

Contact : Pascal Fender, chercheur CNRS de l’IBS (Groupe Microscopie Electronique et Méthodes)

MetaboCraft : un jeu pour apprendre des éléments biochimiques sur son smartphone

Après AminoCraft*, l’application ludique pour mémoriser la structure chimique des 20 acides aminés, deux chercheuses de l’IBS, Eve de Rosny et Véronique Rossi, professeurs associés à l’Université Grenoble Alpes (UGA), en collaboration avec Marie-France Breton de l’Université de Cergy, ont développé MetaboCraft. Le nouveau défi consiste à reconstituer les voies métaboliques de la glycolyse et du cycle de Krebs.
Comme pour AminoCraft, l’objectif est de permettre aux étudiants de s’amuser tout en apprenant rapidement des éléments de biochimie sur leur smartphone, à tout moment de la journée, pendant les trajets domicile-travail, dans la rue ou lors d’une pause-café.
MetaboCraft, dont le développement a été financé par l’initiative IDEX de l’Université Grenoble Alpes, est disponible gratuitement, en français et en anglais sur Google play et App store.

*Depuis sa sortie en septembre 2016, AminoCraft a été téléchargé par plus de 100 000 utilisateurs principalement âgés de 18 à 24 ans. La plupart des utilisateurs sont originaires de France suivi par l’Algérie et les États-Unis (chiffres début février 2022).

Un nouveau candidat vaccin contre le SRAS CoV-2 à base de nanoparticules lipidiques

La pandémie de SARS-CoV-2 est toujours en cours et nécessite des programme de vaccination efficaces. Dans cette étude, publiée online dans Cell Reports Medicine, des chercheurs de l’IBS (groupes EBEV, CAID, MEM et M&P), en collaboration avec l’IDMIT, l’Université d’Amsterdam et l’Institut Pasteur, ont dévéloppé un candidat vaccin composé de vésicules lipidiques synthétiques recouverts de glycoprotéine S du SARS-CoV2 et qui ressemblent à des particules virales.
Le trimère natif de la glycoprotéine S est la cible principale des anticorps neutralisants qui sont en corrélation avec la protection ou la sévérité de la progression de la maladie Covid. Afin d’améliorer la stabilité des trimères solubles de la S-glycoprotéine, qui est importante pour l’induction d’anticorps neutralisants , les chercheurs de l’IBS ont utilisé la réticulation chimique classique au formaldéhyde, employée par un certain nombre de vaccins cliniquement approuvés. Puis ils les ont enrobés sur des vésicules lipidiques (S-VLP)
L’immunisation de macaques cynomolgus avec des S-LV induit des titres d’anticorps élevés, après deux immunisations, avec une puissante activité neutralisante contre la souche vaccinale, les variantes alpha, beta et gamma, ainsi qu’une réponse des cellules T CD4+ TH1. Bien que les réponses anticorps anti-RBD (receptor binding domain) spécifiques soient initialement prédominantes, une troisième immunisation permet d’augmenter des titres d’anticorps significatifs contre d’autres régions/epitopes de S, qui sont moins affectées par la mutagenèse observée dans les variants. La vaccination des macaques avec les S-LVs a conduit à une protection complète contre une infection par le SARS CoV2. En fait les données indiquent une immunité stérilisante, car aucune réplication virale n’a pu être détectée lors de l’infection virale du groupe vacciné par rapport au groupe témoin. Cette protection est très probablement corrélée à la présence de titres d’anticorps importants d’IgG et d’IgA nasopharyngéal.
Ainsi, l’approche S-LV est un candidat vaccin efficace et basé sur une approche classique éprouvée. En outre l’étude fournit une voie pour induire une immunité stérilisante en corrélation avec les réponses immunitaires des muqueuses, qui sont souhaitées pour empêcher la propagation du virus.

Immunization with synthetic SARS-CoV-2 S glycoprotein virus-like particles protects Macaques from infection. Guidenn Sulbaran, Pauline Maisonnasse, Axelle Amen, Gregory Effantin, Delphine Guilligay, Nathalie Dereuddre-Bosquet, Judith A. Burger, Meliawati Poniman, Marlyse Buisson, Sebastian Dergan Dylon, Thibaut Naninck, Julien Lemaître, Wesley Gros, Anne-Sophie Gallouët, Romain Marlin, Camille Bouillier, Vanessa Contreras, Francis Relouzat, Daphna Fenel, Michel Thepaut, Isabelle Bally, Nicole Thielens, Franck Fieschi, Guy Schoehn, Sylvie van der Werf, View ORCID ProfileMarit J. van Gils, Rogier W. Sanders, Pascal Poignard, Roger Le Grand, Winfried Weissenhorn. Cell Reports Medicine doi : 10.1016/j.xcrm.2022.100528

Contact : Winfried Weissenhorn, Professeur UGA, directeur de l’IBS et responsable du Groupe Entrée et bourgeonnement des virus à enveloppe

Description d’une interaction essentielle entre deux protéines du SARS-CoV-2

Alors que les vaccins ciblent les mécanismes moléculaires responsables de l’entrée du SARS-Cov-2 dans la cellule via la protéine Spike, il est tout aussi important de cibler la machinerie de réplication virale chez les patients déjà infectés par le virus. Or la machinerie de réplication du génome du SARS-Cov-2, le virus responsable de la Covid-19, présente des cibles importantes mais largement inexploitées.
Des chercheurs de l’IBS (Groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN) ont focalisé leur attention sur la nucléoprotéine (N), la protéine la plus abondante du virus, qui protège le génome du virus contre le système immunitaire de la cellule infectée, et constitue un composant essentiel de la machinerie de réplication. Malgré son importance, cette protéine reste peu caractérisée, en raison de sa nature hautement flexible. Cette étude utilise la spectroscopie RMN pour déterminer le structure et dynamique de cette protéine, et décrit pour la première fois son interaction avec la protéine virale nsp3a à une résolution atomique. Cette interaction, qui semble localiser la protéine N au site de production du génome viral, est essentielle pour la réplication du virus.
L’interaction avec nsp3a implique deux motifs linéaires dans le domaine intrinsèquement désordonné de la protéine N, qui s’engagent mutuellement sur la surface de nsp3a pour replier le domaine désordonné autour du partenaire. Il en résulte un collapse substantiel des dimensions de N, les deux protéines formant un assemblage moléculaire très compact, mais toujours dynamique.
Cette étude permet de mieux comprendre le mécanisme de réplication du virus et ouvre la voie au développement de nouvelles stratégies contre la Covid-19, par exemple par inhibition de cette interaction importante pour la réplication virale. Communiqué de presse.

The intrinsically disordered SARS-CoV-2 nucleoprotein in dynamic complex with its viral partner nsp3a, Science Advances ;8(3):eabm4034. doi : 10.1126/sciadv.abm4034

Contact : Martin Blackledge, chercheur CEA de l’IBS (Groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN)