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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Faits marquants

Structure d’une enzyme clé de la réplication d’un virus pathogène humain visualisée en action par cryo-ME

Les Bunyavirales sont un ordre de virus à ARN simple brin de polarité négative segmenté comprenant plusieurs agents pathogènes humains potentiellement mortels contre lesquels il n’existe actuellement aucun traitement (virus La Crosse, virus Hantaan, virus Crimée Congo, virus Lassa). La réplication et la transcription de leur génome constituent des réactions essentielles au cycle viral et sont catalysées par une enzyme virale clé : l’ARN-polymérase ARN-dépendante.
Le groupe MEM de l’IBS, en collaboration avec le groupe du Dr. Cusack de l’EMBL Grenoble, décrit ici la structure de l’ARN-polymérase complète du virus La Crosse obtenue par cryo-microscopie électronique à 3 Å de résolution, grâce à des données collectées sur les cryo-microscopes Glacios de l’IBS et Krios de l’ESRF. Cette structure révèle la position et l’organisation de la partie C-terminale de l’ARN-polymérase qui comprend notamment le domaine de liaison de l’ARN coiffé nécessaire à l’initiation de la transcription. Deux états ont pu être visualisés, la pré-initiation et l’élongation. Cela a notamment permis de mettre en évidence des changements de conformation nécessaires à la formation d’un ARN double-brin comprenant 10 paires de bases dans la cavité du site actif lors de l’élongation.
Les détails structuraux et la dynamique des éléments fonctionnels identifiés sont importants pour comprendre le fonctionnement de cette enzyme et pourront être déterminants pour le développement futur d’inhibiteurs ciblant l’ARN-polymérase.

Pre-initiation and elongation structures of full-length La Crosse virus polymerase reveal functionally important conformational change. Benoît Arragain, Grégory Effantin, Piotr Gerlach , Juan Reguera , Guy Schoehn, Stephen Cusack, Hélène Malet. Nature Communications 2020 ;11(1):3590. doi : 10.1038/s41467-020-17349-4.

Contact : Hélène Malet

Suivre l’agrégation des protéines en temps réel par spectroscopie neutronique

L’agrégation des protéines en superstructures amyloïdes constitue la manifestation moléculaire d’une grande variété de maladies neurodégénératives telles que Alzheimer ou Parkinson. Il devient de plus en plus évident que des oligomères apparaissant au début de l’agrégation sont les véritables espèces toxiques, rendant ainsi les mesures résolues en temps particulièrement importantes. Bien que plusieurs méthodes résolues en temps ont été développées and appliquées pour l’étude de l’agrégation des protéines, des méthodes donnant accès à la diffusion du centre de masse et à la dynamique interne restent manquantes. Cependant, il est postulé que les changements de dynamique des protéines jouent un rôle essentiel dans l’agrégation des protéines.
Des scientifiques de l’Institut Laue-Langevin, de l’Institut de Biologie Structurale et de l’Université de Copenhague ont développé une version résolue en temps de la diffusion incohérente des neutrons sur IN16B pour suivre l’agrégation des protéines et l’ont appliqué pour étudier l’assemblage du lysozyme en ‘particulates’ en solution aqueuse. Contrairement aux attentes, la dynamique interne de la protéine sur une échelle de temps de la nano- à la picoseconde reste constante durant toute l’expérience. En revanche, la diffusion du centre de masse décroit durant le processus d’agrégation et s’explique très bien à l’aide d’une mono-exponentielle. En complémentant le résultat de neutronique par des mesures de fluorescence, de microscopie électronique, de spectroscopie infrarouge, de diffraction des rayons X en poudre et de diffusion dynamique de la lumière, une description exhaustive est proposée dans laquelle la formation de ‘particulates’ de lysozyme est un processus en une seule étape qui n’affecte pas la dynamique de la chaîne principale et des chaînes latérales de la protéine durant toute l’agrégation.
Ce travail établit une méthode d’étude pour suivre l’agrégation des protéines de manière quantitative en temps réel et au niveau moléculaire, donnant un accès simultané à la diffusion du centre de masse et à la dynamique interne, ce qui sera d’une grande aide pour répondre aux problèmes des trajectoires d’agrégation pathologiques des protéines. Cette méthode d’étude n’est pas limitée aux protéines, mais peut être appliquée aux molécules en général pour étudier une large variété de processus telles que l’auto-assemblage et l’émergence d’agrégats et de cristaux.

Tracking Internal and Global Diffusive Dynamics During Protein Aggregation by High-Resolution Neutron Spectroscopy. Pounot K, Chaaban H, Foderà V, Schirò G, Weik M, Seydel T. J.Phys.Chem.Lett. 11, 15 (2020)

Contact : Martin Weik

Hélène Malet est nommée membre Junior de l’Institut Universitaire de France

Hélène Malet, Maître de Conférences à l’Université Grenoble Alpes et chercheur dans l’équipe du Dr Guy Schoehn au sein du groupe de Microscopie Électronique et Méthodes de l’IBS, est nommée membre Junior de l’Institut Universitaire de France (IUF*) à compter du 1er octobre 2020, pour une durée de 5 ans.

La réplication et la transcription virale sont des étapes clés du cycle viral. Hélène Malet analyse la structure des protéines virales impliquées dans le fonctionnement de ces processus, notamment les polymérases virales. Pendant sa thèse, effectuée sous la direction du Dr. Bruno Canard à l’AFMB, Marseille, elle a caractérisé par cristallographie aux rayons X une structure de polymérase de la famille des Flaviviridae, à laquelle appartient le virus de la Dengue. Puis, souhaitant apprendre une méthode complémentaire de biologie structurale, elle a effectué un post-doctorat en microscopie électronique au sein du laboratoire du Pr. Helen Saibil à Birkbeck College, Londres. Depuis, elle combine son intérêt pour la microscopie électronique et la réplication virale. Elle a ainsi réalisé un post-doctorat portant sur l’analyse structurale de la polymérase des Peribunyaviridae dans le groupe du Dr. Stephen Cusack à l’EMBL Grenoble, avant d’être recrutée en tant que Maître de Conférences UGA à l’IBS dans l’équipe du Dr. Guy Schoehn au sein du groupe de Microscopie Électronique et Méthodes.

Son projet de recherche porte sur l’analyse structurale et fonctionnelle de la réplication de bunyavirus, un ordre viral comportant de nombreux virus humains fortement pathogènes contre lesquels aucun médicament ni vaccin n’est disponible. Les dernières avancées en microscopie électronique et la présence de microscopes électroniques de pointe à l’IBS et à l’ESRF permettent de déterminer des structures à hautes résolutions de ces enzymes essentielles et ainsi de mieux comprendre leur fonctionnement, une étape clé dans le développement futur d’anti-viraux. A plus long terme, ce projet vise à comprendre les mécanismes d’interactions entre protéines virales et protéines de l’hôte impliquées dans la régulation de la réplication virale, alliant microscopie électronique de particules isolées à haute résolution et microscopie électronique cellulaire, permettant une vision intégrative de ces processus. Ce projet est soutenu financièrement par l’ANR (HiPathBunya) et utilisera de manière extensive les plateformes technologiques de l’IBS gérées par l’ISBG et subventionnées par FRISBI et Gral. La nomination à l’IUF lui permettra de consacrer plus de temps à ce projet.

* L’Institut universitaire de France (IUF) regroupe un ensemble d’enseignants-chercheurs sélectionnés par un jury international pour la qualité exceptionnelle de leurs recherches. Le nombre de postes ouvert chaque année est fixé à 110 : 40 membres seniors (enseignants-chercheurs dont la qualité des recherches est reconnue internationalement) et 70 membres juniors (jeunes enseignants-chercheurs de moins de 40 ans au moment de leur désignation qui sont dans une phase de création). Environ 2 % du total des enseignants-chercheurs en poste dans les universités françaises ont bénéficié ou bénéficient du statut de membres de l’Institut Universitaire de France, ce qui leur permet de disposer d’une décharge à hauteur de deux tiers de leurs charges d’enseignement, d’une prime et d’une dotation budgétaire.