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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Présentation

Nano-cristallographie Serielle

(PI Colletier)

Resumé
L’équipe de SNaX se concentre sur la nanocristallographie sérielle, dans le but de développer une expertise dans tous ses aspects, de la production et l’évaluation des nanocristaux à la présentation des échantillons, la collecte des données, le traitement des données et l’analyse structurale fine. Notre objectif à long terme est d’établir la cristallisation recombinante in vivo comme une nouvelle méthode pour obtenir des nanocristaux de protéines - dont certaines ne se pretent pas à la cristallisation in vitro - en vue d’effectuer des expériences de cristallographie en série statiques et à résolution temporelle sur des XFELs et synchrotrons des 3e et 4e générations.

Membres
Jacques-Philippe Colletier ( CNRS – DR2)
Ninon Zala (technicienne, CEA, 70%)
Guillaume Tetreau (postdoc)
Julie Lopes (étudiante en thèse)
Elena Andreeva (étudiante en thèse)

Collaborations
Manfred Burghammer (ESRF, Grenoble, France)
Marco Cammarata (Rennes University, France)
Nicolas Coquelle (ILL, Grenoble, France)
David Eisenberg (UC Los Angeles, USA)
Brian Federici (UC Riverside, USA)
Stanislas Gobec (University of Ljubljana, Slovenia)
Diana Kirilovsky (IB2C, Paris, France)
Meytal Landau (Israel Institute of Technology (Technion), Haifa Israel)
Pierre-Yves Renard (University Rouen, France)
Michael Sawaya (UC Los Angeles, USA)
Ilme Schlichting (MPI, Heidelberg, Germany)
Israel Silman (Weizmann Institute, Israel)
Joel Sussman (Weizmann Institute, Israel)
Michel Sliwa (LASIR, Lille, France)
Mathias Winterhalter (Jacobs University, Bremen, Germany)

Activité de recherche
L’avènement des lasers à électrons libres (XFELs) a révolutionné la biologie structurale, ouvrant la voie à la détermination de la structure macromoléculaire à partir de nanocristaux et à des expériences à résolution temporelle sur des échelles de temps ultra rapides (fs-ps). L’équipe SNaX vise à développer une méthode de cristallisation in vivo pour obtenir des nanocristaux de protéines en vue d’effectuer des expériences de cristallographie en série statiques et à résolution temporelle à XFELs et à synchrotrons de 3e et 4e génération. Les cristaux de la taille d’un nanomètre sont en effet parfaitement adaptés aux études à résolution temporelle sur les protéines activées par la lumière. Notre stratégie est d’utiliser la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) contenant naturellement des cristaux comme récipient de cristallisation et ses protéines Cry/Cyt naturellement cristallines comme chaperons de cristallisation, respectivement. Nous nous concentrons sur deux protéines de charge, qui diffèrent par leur fonction, leur stabilité et leur tendance à cristalliser, à savoir : i) la protéine fluorescente rsFolder, conçue dans des travaux antérieurs pour mûrir rapidement et se plier de façon stable, et pour être sujette à cristallisation (El-Khatib et al. 2016, Sci Rep) ; ii) la protéine orange OCP, une protéine à deux domaines renfermant un pigment cétocaroténoïde et dont la fonction est de protéger des cyanobactéries des dommages induits par la lumière sous fort rayonnement.

Notre motivation pour obtenir des nanocristaux d’OCP est donc double. Premièrement, le succès de la cristallisation in vivo de l’OCP démontrerait l’étendue de la nanocristallisation recombinante dans le Bt, établissant que non seulement une protéine exogène - telle que BinAB - mais aussi son pigment peuvent être coproduits et co-cristallisés de manière recombinante. Notre objectif à long terme est en effet d’établir la nanocristallisation in vivo comme méthode de choix pour les chercheurs cherchant à produire une grande quantité de matériau nanocristallin (par exemple TR-SFX), ou à résoudre des structures de protéines fragiles et des complexes protéiques qui - comme BinAB - ne se cristallisent pas facilement et/ou se dégradent après extraction de la cellule. Deuxièmement, l’ équipe SNaX travaille en collaboration avec les groupes de Diana Kirilovsky (IB2C, Saclay), Michel Sliwa (Lasir, Lilles) et Ilme Schlichting (Max Planck Institute for Biomedical Research, Heidelberg, Allemagne) pour développer des variantes OCP plus actives à utiliser comme régulateurs de l’absorption lumineuse dans les systèmes photosynthétiques artificiels.

publications remarquables

Nass Kovacs G, Colletier JP, Grünbein ML, Yang Y, Stensitzki T, Batyuk A, Carbajo S, Doak RB, Ehrenberg D, Foucar L, Gasper R, Gorel A, Hilpert M, Kloos M, Koglin JE, Reinstein J, Roome CM, Schlesinger R, Seaberg M, Shoeman RL, Stricker M, Boutet S, Haacke S, Heberle J, Heyne K, Domratcheva T1, Barends TRM & Schlichting I (2019) Three-dimensional view of ultrafast dynamics in photoexcited bacteriorhodopsin Nat. Comm. 10 : 3177

El-Khatib M, Nasrallah C, Lopes J, Tran QT, Tetreau G, Basbous H, Fenel D, Gallet B, Lethier M, Bolla JM, Pages JM, Vivaudou M, Weik M, Winterhalter M, Colletier JP (2018) Porin self-association enables cell-to-cell contact in Providencia stuartii floating communities. Proc Natl Acad Sci U S A 115 : E2220-E2228

Tayeb-Fligelman E, Tabachnikov O, Moshe M, Goldshmidt-Tran O, Sawaya MR, Coquelle N, Colletier J-P, Landau M (2016) The Cytotoxic Staphylococcus aureus PSMα3 Reveals a Novel Cross-alpha Amyloid-like Fibril. Science 355 : 831-833.

Colletier JP, Sawaya MR, Gingery M, Rodriguez JA, Cascio D, Brewster AS, Michels-Clark T, Hice RH, Coquelle N, Boutet S, Williams GJ, Messerschmidt M, DePonte DP, Sierra RG, Laksmono H, Koglin JE, Hunter MS, Park HW, Uervirojnangkoorn M, Bideshi DK, Brunger AT, Federici BA, Sauter NK, Eisenberg DS. (2016) A potent binary mosquito larvicide revealed by de novo phasing with an X-ray free-electron laser. Nature 539 : 43-47.

Coquelle N, Brewster AS, Kapp U, Shilova A, Weinhausen B, Burghammer M, Colletier J-P (2015) Raster-scanning serial protein crystallography using micro- and nano-focused synchrotron beams. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 71 : 1184–1196.

Tetreau G, Banneville AS, Andreeva E, Brewster AS, Hunter M, Sierra R, Teulon JM, Young I, Burke N, Grünewald T, Beaudouin J, Snigireva I, Fernandez-Luna MT, Burt A, Park HW, Signor L, Bafna J, Sadir R, Fenel D, Boeri-Erba E, Bacia M, Zala N, Laporte F, Després L, Weik M, Boutet S, Rosenthal M, Coquelle N, Burghammer M, Cascio D, Sawaya M, Winterhalter M, Gratton E, Gutsche I, Federici B, Pellequer JL, Sauter N, Colletier JP (2020)
Serial femtosecond crystallography on in vivo-grown crystals drives elucidation of mosquitocidal Cyt1Aa bioactivation cascade. Nature Communications, 11 (1), ⟨10.1038/s41467-020-14894-w⟩.

De la Mora E, Coquelle N, Bury C, Rosenthal R, Holton J, Carmichael I, Garman E, Burghammer M, Colletier JP, Weik M (2020)
Radiation damage and dose limits in serial synchrotron crystallography at cryo- and room temperatures. PNAS 117 : 4142-4151.