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2007
Protéines de reconnaissance de l’immunité innée : des fonctions plus diversifiées que prévu…L’immunité innée repose sur la capacité d’un nombre restreint de protéines de reconnaissance de détecter des motifs moléculaires conservés à la surface des pathogènes, puis d’enclencher des mécanismes effecteurs de défense. Des chercheurs du Laboratoire d’Enzymologie Moléculaire (LEM) et du Laboratoire de Cristallographie et Cristallogenèse des Protéines (LCCP) s’intéressent à certaines de ces protéines de reconnaissance, les ficolines. L’étude par cristallographie aux rayons X des domaines de reconnaissance des trois ficolines humaines (L, H, M) a permis d’en dresser des portraits plus variés que prévu. En effet, les travaux les plus récents sur la ficoline M permettent de décrire la reconnaissance spécifique d’un ligand de type acide sialique, généralement considéré comme un marqueur caractéristique du soi, très présent notamment à la surface des cellules du système immunitaire. De plus, cette étude révèle l’existence d’un switch conformationnel, unique à cette protéine, provoquant la dislocation du site de reconnaissance à pH acide. Ces différentes observations inédites conduisent à proposer de nouvelles fonctions pour cette protéine particulière, comme son implication dans les communications inter-cellulaires, ainsi qu’un mécanisme d’internalisation et de recyclage dans les compartiments acides que sont les lysosomes.
Ces résultats s’ajoutent à l’identification de sites de fixation inattendus, observés lors de l’étude de la ficoline L. Ceux-ci permettent de mieux comprendre le spectre très diversifié des cibles reconnues par cette protéine, qui incluent par exemple le ß-D-glucan, un marqueur spécifique de la surface des levures et champignons, mais aussi les cellules apoptotiques et les capsules polysaccharidiques de certains streptocoques virulents. Structural basis for innate immune sensing by M-ficolin and its control by a pH-dependent conformational switch. V. Garlatti, L. Martin, E. Gout, J.-B. Reiser, T. Fujita, G.J. Arlaud, N.M. Thielens, C. Gaboriaud (2007). J. Biol. Chem. 282, 35814-35820. Structural insights into the innate immune recognition specificities of L- and H-ficolins. V. Garlatti, N. Belloy, L. Martin, M. Lacroix, M. Matsushita, Y. Endo, T. Fujita, J.C. Fontecilla-Camps, G.J. Arlaud, N.M. Thielens, C. Gaboriaud (2007) EMBO J., 26, 623-633. |
Structure cristallographique d’une methyl-transferase impliquée dans la synthèse de l’acide indole-3-acetic chez Arabidopsis thaliana, un point de régulation essentiel de l’auxin chez les plantes.La structure cristallographique de la methyl-transferase de l’acide indole-3-acetique (IAMT) a été déterminée chez Arabidopsis thaliana à 2.75 Å de résolution. IAMT est un membre de la famille SABATH responsable de la modulation de l’homéostasie de IAA chez les plantes à travers la methylation des groupes carboxyles de IAA. Structural, Biochemical and Phylogenetic Analyses Suggest that Indole-3-acetic Acid ethyltransferase Is An Evolutionarily Ancient Member of the SABATH Family |
La RMN hyperdimensionnelle : un nouvel outil pour étudier les protéinesHyperdimensional protein NMR Spectroscopy in peptide sequence space |
L’énamine ne serait pas un intermédiaire pour toutes les réactions catalysées par la thiamineThe enamine intermediate may not be universal to thiamine catalysis |
Vient de paraître
Biophysical Analysis of Membrane Proteins : Investigating Structure and FunctionEva Pebay-Peyroula vient de publier un livre intitulé « Biophysical Analysis of Membrane Proteins : Investigating Structure and Function ». Christine Ebel, Jo Zaccai et Katy Wood ont également participé à la rédaction de ce livre, édité par John Wiley and Sons Ltd. Il s’agit d’une présentation de nouvelles approches biophysiques pour l’étude de la structure et de la fonction des protéines membranaires, dont le rôle est central dans de nombreuses maladies et fondamental à la fonction cellulaire, mais qui restent difficiles à étudier. Microtubule ProtocolsFrank Kozielski, Salvator Debonis et Dimitrios Skoufias ont participé à la rédaction du 137 eme volume de la série « Methods in Molecular Medicine » intitulé « Microtubule Protocols ». Leur contribution concerne le chapitre « Screening for Inhibitors of Microtubule-Associated Motor Proteins » (pp. 189-207). Cette série est éditée par Humana Press. This book contains a comprehensive collection of essential up-to-date methods used to study the biology of microtubules and the mechanisms of action of microtubule-interacting drugs.
Les Nanosciences. Tome 3. Nanobiotechnologies et NanobiologieEric Forest a contribué au livre « Les Nanosciences. Tome 3. Nanobiotechnologies et Nanobiologie » en participant à la rédaction du chapitre « Spectrométrie de masse » (Éditeur Belin, 2007, Collection Les Échelles). |
ATQS : une méthode de simulation pour l’analyse de la structure des protéinesAdaptive torsion-angle quasi-statics : a general simulation method with applications to protein structure analysis and design. |
Structures des hydrogénases à NiFe et à FeNe
Structure/Function Relationships of [NiFe]- and [FeFe]-Hydrogenases. |
Aperçus structuraux sur le complexe Slit-RoboStructural insights into the Slit-Robo complex |
L’eau ne dicte pas les mouvements des protéines membranaires
Coupling of protein and hydration water dynamics in biological membranes. |
Du 10 au 14 octobre 2007, l’IBS a ouvert ses portes à l’occasion de la Fête de la ScienceLa 16eme Fête de la Science en Isère s’est déroulée du 5 au 14 octobre 2007. Elle avait pour thème les frontières de la connaissance et les instruments scientifiques qui permettent de les atteindre et les animations suivantes étaient prévues :
Pour cette 16eme édition de la Fête de la Science, l’IBS a ouvert ses portes aux lycées et au grand public et proposé une enquête au coeur du vivant : de la cellule à l’atome. Ces "Portes ouvertes" faisaient partie de l’opération « Grenoble Polygone scientifique » qui regroupait également les laboratoires du CNRS et la plateforme Coriolis. Un reportage a été réalisé par FR3 à cette occasion : reportage à l’IBS (13Mo)
Crédit photo : IBS/CEA-CNRS-UJF |
du 5 au 7 octobre : « Place au Sciences », un panorama de la recherche et de l’industrie en Isère (place Victor Hugo)
Bases structurales et mécanisme de l’inhibition des penicillin-binding protein (PBP) par les lactivicines.Les antibiotiques de la famille des β-lactamines, comme les pénicillines et les céphalosporines, inhibent des enzymes responsables de la biosynthèse de la paroi bactérienne connues sous le nom de penicillin-binding protein (PBP). Ces enzymes étant spécifiques du monde bactérien, elles sont des cibles idéales pour le développement de nouveaux antibiotiques. Or, depuis l’introduction de la pénicilline en 1941, les bactéries pathogènes n’ont eu de cesse de développer des mécanismes de résistance contre ces antibiotiques. Les mécanismes de résistance, chez les bactéries Gram positives comme S. pneumoniae, sont caractérisés entre autres par des mutations dans le site actif des PBP, leur permettant de diminuer leur affinité pour les β-lactamines. La lactivicine, molécule contenant des cycles cyclosérine et γ-lactone, découverte il y a 20 ans, est la seule molécule non β-lactame capable d’inhiber les PBP. Cette étude montre que la lactivicine ainsi qu’un analogue, la phénoxyacétyl-lactivicine sont des molécules actives contre des souches résistantes de S. pneumoniae isolées de patients dans les hôpitaux de Grenoble, Briançon et Chambéry. Des études cristallographiques sur PBP1b de S. pneumoniae ont également permis d’élucider le mécanisme d’action de ces nouveaux inhibiteurs potentiels. Ces données collectées en collaboration entre les universités d’Oxford, de Liège en Belgique et l’institut de Biologie Structurale à Grenoble permettent d’ouvrir la voie de la mise au point rationnelle de nouveaux médicaments pour combattre l’avancée des bactéries résistantes à l’arsenal classique d’antibiotiques. Structural and mechanistic basis of penicillin-binding protein inhibition by lactivicins. |
Cartographie du paysage conformationel de la protéine Ubiquitine denaturée dans l’urée par couplages dipolaires résiduelsMapping the conformational landscape of urea-denatured ubiquitin using residual dipolar couplings. Meier S, Grzesiek S, Blackledge M. |
Nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes bacteriens de résistance aux antibiotiquesConformational and thermodynamic changes of the repressor/DNA operator complex upon monomerization shed new light on regulation mechanisms of bacterial resistance against beta-lactam antibiotics. Boudet J, Duval V, Van Melckebeke H, Blackledge M, Amoroso A, Joris B, Simorre JP. |
Les différences de séquences et d’expression sont à la base de l’activité spécifique des microRNAs miR159 et miR319 chez Arabidopsis.Sequence and expression differences underlie functional specialization of Arabidopsis microRNAs miR159 and miR319. Palatnik JF, Wollmann H, Schommer C, Schwab R, Boisbouvier J, Rodriguez R, Warthmann N, Allen E, Dezulian T, Huson D, Carrington JC and Weigel D |
Une nouvelle méthode pour étudier le repliement des protéines avec une résolution atomique.
La spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) multidimensionnelle est la méthode de choix pour étudier les propriétés structurales et dynamiques de protéines en solution. Mais l’étude de processus cinétiques comme le repliement ou le dépliement de protéines par cette technique est limitée par les temps de mesure importants qui la caractérisent. Au Laboratoire de Résonance Magnétique Nucléaire (LRMN), nous avons réussi à réduire les temps d’acquisition de spectres RMN bidimensionnels de quelques minutes à quelques secondes en combinant des avancées technologiques (sondes cryogéniques, injecteur rapide) avec des développements spectroscopiques (expériences de RMN rapide). Ceci nous a permis pour la première fois d’observer des changements conformationnels au niveau atomique, à l’échelle de la seconde, pendant le repliement ou dépliementde deux protéines modèles, qui sont l’ubiquitine et l’a-lactalbumine. Cette nouvelle technique est applicable aux études de processus cinétiques, comme le repliement ou dépliement, certaines réactions enzymatiques, ou des échanges chimiques de toute protéine ayant une masse moléculaire inférieure à environ 20 kDa. Combiné à des avancées récentes dans le domaine de la RMN en cellule, cette approche devrait aussi permettre de caractériser des cinétiques moléculaires directement dans un environnement cellulaire. Protein folding and unfolding studied at atomic resolution by fast two-dimensional NMR spectroscopy. |
Nouvelle plaquette IBSAprès une période de réflexion sur l’avenir de l’Institut qui a conduit à une redéfinition de ses axes majeurs de recherche, et après l’accueil très récent de nouvelles équipes, il était normal que la plaquette de l’IBS fasse peau neuve. Vous la trouverez ci-dessous au format pdf : |
Comment empêcher les bactéries pathogènes de synthétiser les aiguilles nécessaires à la sécrétion des toxines.Structure d’un complexe protéique qui régule la formation de l’aiguille de sécrétion de type III, permettant aux bactéries pathogènes d’injecter des toxines dans des cellules-cible. Afin d’injecter des toxines dans les cellules qu’elles infectent, des bactéries pathogènes à Gram négatif ont développé un système multiprotéique d’une haute complexité, le système de sécrétion de type III, qu’elles synthétisent à leur surface. Cette structure creuse évoque la forme d’une seringue où l’aiguille serait un polymère d’une petite protéine, PscF chez Pseudomonas aeruginosa. Cette bactérie est responsable d’infections mortelles chez les malades atteints de mucoviscidose, mais aussi d’infections graves chez les patients immunodéprimés (grands brûlés, malades atteints du SIDA). La pathogénicité de cette bactérie est dépendante du bon fonctionnement de ce système de sécrétion. Au laboratoire des Protéines Membranaires de l’Institut de Biologie Structurale (LPM, IBS), et en collaboration avec le laboratoire BBSI de l’iRTSV, nous avons montré qu’avant de polymériser pour former l’aiguille, PscF est prise en charge par 2 protéines chaperonnes PscE et PscG dans le cytoplasme bactérien, et que ces 2 protéines sont nécessaires à la formation de l’aiguille et à la cytotoxicité de la bactérie (Quinaud et al., 2005). Nous avons maintenant résolu la structure cristallographique du complexe ternaire que forment PscF et ses partenaires PscE et PscG (Quinaud et al., 2007). Cette structure révèle les mécanismes de prise en charge des monomères de PscF, et montre en particulier comment une partie de PscF fondamentale pour la polymérisation de l’aiguille s’ancre dans une sorte de « main » formée par une de ses protéines partenaires, PscG. Nous montrons qu’en modifiant la surface de PscG sur laquelle se fixe PscF, le complexe ternaire ne peut plus se former. Ceci empêche la formation de l’aiguille de sécrétion et donc l’injection de toxines grâce à ce système. Ainsi cette surface protéique constitue une nouvelle cible thérapeutique potentielle puisqu’une petite molécule qui se fixerait sur PscG à la place de PscF, en bloquant la formation du complexe ternaire, conduirait à l’incapacité pour les bactéries pathogènes de synthétiser ces aiguilles nécessaires à la sécrétion des toxines.
Structure of the heterotrimeric complex that regulates type III secretion needle formation. |
Structure 3D d’une protéine impliquée dans la maladie d’AlzheimerLes protéines intrinsèquement désordonnées ou avec des régions naturellement désordonnées représenteraient près de 30% du génome et sont impliquées dans beaucoup de processus biomoléculaires importants, tels la reconnaissance moléculaire, la transduction de signal, le développement de cancers et de maladies neurodégénératives. Bien que la caractérisation structurale des protéines désordonnées soit cruciale pour comprendre leur fonction, la biologie structurale classique est inadaptée à ces systèmes du fait même de l’hétérogénéité, inhérente à la chaîne désordonnée. A l’IBS nous développons des méthodes, basés sur la RMN et la diffusion aux petits angles, pour comprendre le comportement structural et dynamique des protéines dépliées. Ces méthodes permettent de construire une image convaincante du comportement conformationnel des protéines dépliées, jusqu’alors impossible à établir par les approches classiques de biologie structurale. Ainsi, en collaboration avec l’Institut Max Planck à Göttingen et DESY à Hambourg nous avons pu mettre en évidence, en combinant la RMN avec les méthodes de simulation moléculaire, la présence de structures locales dans Tau, une protéine intrinsèquement dépliée, et fortement impliquée dans la maladie d’Alzheimer. Des coudes très stables, formés de quatre acides aminés, sont systématiquement observés dans les régions directement associées aux sites d’agrégation de la protéine. Cette observation a des implications importantes dans la compréhension de la transition de la forme physiologique et soluble de la protéine vers la forme pathologique amyloïde.
Highly Populated Turn Conformations in Natively Unfolded Tau Protein Identified from Residual Dipolar Couplings and Molecular Simulation. |
Compression spectrale automatique pour RMN multidimensionnelle rapide et résolution temporelle accrue en spectroscopie RMN en temps réel.Automated spectral compression for fast multidimensional NMR and increased time resolution in real-time NMR spectroscopy. Lescop E, Schanda P, Rasia R and Brutscher B Journal of the American Chemical Society (2007) ;129 ;(10) : 2756-2757 |
L’encombrement stérique des acides aminés définit les conformations locales et la dynamique des protéines naturellement dépliées, alpha-synuclein et tau.Amino acid bulkiness defines the local conformations and dynamics of natively unfolded alpha-synuclein and tau. Cho MK, Kim HY, Bernado P, Fernandez CO, Blackledge M and Zweckstetter M Journal of the American Chemical Society (2007) 129(11) : 3032-3033 |
La structure modulaire de la sous-unité B de l’ADN gyrase révélée par diffusion des rayons X aux petits angles.Modular structure of the full-length DNA gyrase B subunit revealed by small-angle X-ray scattering. Costenaro L, Grossmann GJ, Ebel C, Maxwell A. |
Identification du site d’interaction de la protéine de reconnaissance de l’immunité innée MBL avec ses protéases associéesIdentification of the site of human mannan-binding lectin involved in the interaction with its partner serine proteases : the essential role of Lys55. Teillet F, Lacroix M, Thiel S, Weilguny D, Agger T, Arlaud GJ, Thielens NM. |
Filmer une protéine au travail par cristallographie cinétique (Science)La plupart des recherches sur la structure des protéines concernent un état « de repos ». L’étude des protéines « en mouvement », en effet, est extrêmement difficile du fait de nombreuses limitations, en particulier technologiques. L’équipe de « cristallographie cinétique » de l’IBS, en collaboration avec l’ESRF et l’iRTSV du CEA, a obtenu un film d’une enzyme en train d’exécuter sa fonction biologique. Cette enzyme, la « superoxyde réductase », est impliquée dans les processus de « stress oxydant ». L’implication de ce travail est double : d’une part, une nouvelle méthodologie combinant la cristallographie et la spectrocopie Raman est proposée pour collecter des « instantanés » de protéines en action, et d’autre part les résultats sur la superoxyde réductase (SOR) contribuent à la compréhension fine du mécanisme employé par cette enzyme.
Raman-assisted crystallography reveals end-on peroxide intermediates in a nonheme iron enzyme. Katona G, Carpentier P, Niviere V, Amara P, Adam V, Ohana J, Tsanov N, Bourgeois D. Science 2007 Apr 20 ;316(5823):449-53 Pour en savoir plus : La SOR élimine une dangeureuse molécule appelée le « radical superoxyde”, qui est produit par des « fuites » du métabolisme de l’oxygène. Chez l’homme, environ 2% de l’oxygène utilisé pour la respiration est transformé en radical superoxyde, à la place d’eau. Cette production est augmentée chez les sujets atteints de maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer. Le taux accru de ces molécules nocives, en retour, contribue à aggraver ces maladies, et les scientifiques sont donc à la recherche de médicaments permettant d’éliminer le radical superoxyde. On ne trouve la superoxyde réductase que dans certaines bactéries. Son équivalent chez l’homme (la superoxyde dismutase) catalyse une réaction plus complexe. Comprendre la chimie opérée par la SOR n’est pas seulement d’importance fondamentale dans le domaine de la biochimie du fer, mais pourrait aussi ouvrir des portes pour le développement éventuel de futurs médicaments. C’est un coup de chance qui a permis d’obtenir le film de la protéine : dans un seul cristal, trois états intermédiaires ont pu être piègés simultanément, en congelant l’échantillon un certain temps après avoir délenché la réaction. Ceci résulte du fait que dans le cristal, plusieurs sites actifs identiques sont soumis à des contraintes d’empilements légèrement différentes, créant des petites variations dans leur conformations respectives. Pour s’assurer que les « bons » intermédiaires réactionnels ont été piégés, la techique de spectroscopie Raman in cristallo a été développée au laboratoire « Cryobench » (ESRF-IBS). Cette technique a permis de montrer que ces états intermédiaires étaient les mêmes dans le cristal que dans les conditions physiologiques normales. Le rayonnement synchrotron a pu ensuite être utilisé pour déterminer la structure tridimensionnelle de ces états. Cette nouvelle méthodologie pourrait s’avérer très utile à de nombreux chercheurs en biologie structurale. Plusieurs hypothèses sur le mécanisme de la SOR ont été formulées par le passé. Le mode de fixation du radical superoxyde, le rôle de certains acides-aminés clefs, et l’implication directe d’une molécule d’eau dans la catalyse avaient été prévus. Mais la visualisation directe de ces évènements permettent maintenant de mieux comprendre comment ceux-ci s’articulent pour effectuer le travail précis de transformer le radical superoxyde en peroxyde d’hydrogène. Nos résultats montrent qu’un résidu lysine, fluctuant à la surface de la protéine, attrape une molécule d’eau du solvant et l’importe à l’intérieur du site actif, à l’endroit précis où cette molécule est capable de donner un proton au substrat (voir Figure). Cependant, bien des questions demeurent, auxquelles les chercheurs vont maintenant tenter de répondre. |
Journée scientifique IBSVendredi 20 avril 2007 a eu lieu la journée scientifique IBS. L’esprit de cette journée - destinée au personnel IBS - était de faciliter la découverte des activités de recherche développées à l’institut et d’ouvrir des espaces de discussion et d’échanges entre tous les personnels. Au programme : 6 présentations orales par des chercheurs de l’institut, ainsi que des sessions posters par des doctorants et post-doctorants. La journée s’est cloturée avec la remise du prix du meilleur poster.
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Lancement de la lettre scientifique d’information de l’IBSNous avons le plaisir de vous informer de la parution du premier numéro de IBS Actualités, la lettre scientifique d’information de l’IBS. |
Structure du domaine C-ter de la polymerase du virus de la grippe aviaire (Nat Struct Mol Biol.)
Structure and nuclear import function of the C-terminal domain of influenza virus polymerase PB2 subunit. |
Observation directe des couplages dipolaires et liaisons hydrogenes à travers un ’Beta-Hairpin’ dans l’urée 8MDirect Observation of Dipolar Couplings and Hydrogen Bonds across a beta-Hairpin in 8 M Urea |
Spectroscopie RMN-2D Ultra-Rapide de ProtéinesUltraSOFAST HMQC NMR and the Repetitive Acquisition of 2D Protein Spectra at Hz Rates Gal, M. ; Schanda, P. ; Brutscher, B. ; Frydman, L. |
Découverte d’un nouveau comportement de l’eau dans les cellules d’organismes vivant dans la Mer Morte (PNAS)
La présente étude, qui fait l’objet d’une collaboration entre l’IBS, l’ ILL, et des laboratoires allemand et israélien, va permettre d’améliorer notre compréhension des interactions entre les systèmes biologiques et l’eau. L’eau, à l’état liquide, est une structure hautement dynamique, mais elle est légèrement plus lente dans les cellules vivantes. Or, celle découverte dans les cellules d’organismes anciens vivant dans les eaux saturées en sel de la Mer Morte est mille fois plus lente, ce qui indique des interactions particulièrement fortes qui pourraient être semblables à celles rencontrées dans certaines protéines des cellules humaines. Cette découverte a donné lieu à un article, le 10 janvier 2007, dans les Comptes Rendus de l’Académie Nationale des Sciences des Etats-Unis (PNAS), dont il fait la page de couverture. Elle fait également l’objet d’un "Research Highlight" dans le numéro 445 de NATURE. Neutron scattering reveals extremely slow cell water in a Dead Sea organism PNAS, 2007 Jan 16 ;104(3):766-71. Tehei M, Franzetti B, Wood K, Gabel F, Fabiani E, Jasnin M, Zamponi M, Oesterhelt D, Zaccai G, Ginzburg M, Ginzburg BZ. |
Bases structurales des propriétés de reconnaissance des ficolines L et H, senseurs de l’immunité innéeStructural insights into the innate immune recognition specificities of L- and H-ficolins. Garlatti, V., Belloy, N., Martin, L., Lacroix, M., Matsushita, M., Endo, Y., Fujita, T., Fontecilla-Camps, J.C., Arlaud, G.J., Thielens, N.M. & Gaboriaud, C. (2007) |
