IBS - Institut de Biologie Structurale - Grenoble / France

Vers le mécanisme d'action du complexe d'assemblage du Complexe I respiratoire chez la mitochondrie

2021-01-18T07:24:00Z

Les complexes respiratoires situés dans les membranes internes de nos mitochondries sont de véritables batteries macromoléculaires : ils couplent le flux d'électrons à travers des clusters de métaux et des cofacteurs avec un transfert de protons pour créer un gradient qui fournit l'énergie nécessaire à la production d'ATP et donc à l'alimentation des processus essentiels de la vie. Le premier complexe dans la chaîne respiratoire, nommé Complexe I, est une des plus grandes protéines membranaires, composée de 45 sous-unités. Les processus de son assemblage et de sa régulation sophistiquée sont encore mal connus, mais on sait que leur perturbation conduit à des maladies neurogénératives telles qu'Alzheimer et accompagne le processus de viellissement en général. Dans ce manuscrit, issu d'une collaboration entre l'equipe de Montserrat Soler-Lopez à l'ESRF et des chercheurs de l'IBS, une combinaison de techniques biochimiques, biophysiques et structurales a été utilisée pour élucider le mécanisme d'action d'un sous-complexe du complexe d'assemblage du Complexe I humain. Il s'avère ainsi que la protéine ECSIT joue un rôle clé dans la régulation de la protéine ACAD9 qui jongle entre deux activités incompatibles. En effet, la liaison d'ECSIT à ACAD9 éjecte le cofacteur FAD nécessaire à l'implication d'ACAD9 dans l'oxidation d'acides gras, afin de la réorienter vers l'action sur l'assemblage du Complexe I. L'ensemble de ses résultats sont d'une grande pertinence pour le domaine de la neurobiologie mitochondriale et ouvre de multiples pistes de recherche.

Assembly of the mitochondrial Complex I assembly complex suggests a regulatory role for deflavination. Giachin G, Jessop M, Bouverot R, Acajjaoui S, Saidi M, Chretien A, Bacia-Verloop M, Signor L, Mas PJ, Favier A, Borel Meneroud E, Hons M, Hart DJ, Kandiah E, Boeri Erba E, Buisson A, Leonard G, Gutsche I and Soler-Lopez M. Angewandte chemie 2020 ; doi : 10.1002/anie.202011548

Contact : Irina Gutsche, chercheur CNRS de l'IBS (Groupe Imagerie microscopique d'assemblages complexes)

Etudes structurales et fonctionnelles de nouvelles rhodopsines microbiennes

2021-01-15T13:14:57Z

Les rhodopsines microbiennes constituent une superfamille vaste et diversifiée de protéines membranaires photosensibles. Elles jouent un rôle majeur dans la capture de l'énergie solaire dans la mer et utilisent cette énergie pour effectuer la translocation d'ions à travers la membrane plasmique ou contrôler divers processus sensoriels ou enzymatiques. Les rhodopsines microbiennes ont également trouvé des applications essentielles en médecine dans le domaine des neurosciences, étant au cœur de l'optogénétique - la biotechnologie pour le contrôle optique des cellules et des tissus vivants. Le groupe Transport Membranaire de l'IBS étudie les propriétés fonctionnelles et structurales de nouvelles familles de rhodopsines. Récemment, les chercheurs ont obtenu les premières informations à haute résolution sur la famille des héliorhodopsines (1), démontrant que ces protéines sont probablement des photoenzymes uniques à l'architecture inhabituelle. Ensuite, ils ont déterminé le mécanisme moléculaire d'une pompe à sodium controlée par la lumière en résolvant la structure de la rhodopsine KR2 dans son état actif (2). Enfin, ils ont caractérisé deux membres du groupe 1 des rhodopsines virales (3). Ils ont montré qu'il s'agit de canaux sélectifs Na+/K+ activés par la lumière et inhibés par le Ca2+. Ils ont également résolu la structure de l'un d'entre eux à 1,4 Å. Leurs études ont donc révélé les caractéristiques fonctionnelles et mécaniques de clades distincts de rhodopsines microbiennes et apportent une base solide pour des recherches plus approfondies sur cette superfamille en expansion.

(1) High Resolution Structural Insights into the Heliorhodopsin Family. Kovalev K., Volkov D, Astashkin R, Alekseev A, Gushchin I, Haro-Moreno JM, Rogachev A, Balandin T, Borshchevskiy V, Popov A, Bourenkov G, Bamberg E, Rodriguez-Valera F, Bueldt G, Gordeliy V. Nature Communications 2020 Feb 25 ;11:2137.

(2) Molecular mechanism of light-driven sodium pumping. Kovalev K, Astashkin R, Gushchin I, Orekhov P, Volkov D, Zinovev E, Marin E, Rulev M, Alekseev A, Royant A, Carpentier P, Vaganova S, Zabelskii D, Baeken C, Sergeev I, Balandin T, Bourenkov G, Carpena X, Boer R, Maliar N, Borshchevskiy V, Bueldt G, Bamberg E, Gordeliy V. Nature Communications 2020 May 1 ; 11:2137.

(3) Viral Rhodopsins 1 : A Unique Family of Light-Gated Ion Channels. Zabelskii D, Alekseev A, Kovalev K, Rankovic V, Balandin T, Soloviov D, Bratanov D, Savelyeva E, Podolyak E, Volkov D, Vaganova S, Astashkin R, Chizhov I, Yutin N, Rulev M, Popov A, Eria-Oliveira AS, Rokitskaya T, Mager T, Antonenko Y, Rosselli R, Armeev G, Shaitan K, Vivaudou M, Büldt G, Rodriguez-Valera F, Kirpichnikov M, Moser T, Koonin E, Offenhäusser A, Bamberg E, Gordeliy V. Nature Communications 2020 Nov 11 2020 ;11(1):5707.

Contact : Valentin Gordeliy, chercheur CEA de l'IBS (Groupe Tansporteurs Membranaires)

Comment les protéines "chaperonnes" distinguent-elles les protéines qu'elles transportent à l'intérieur des mitochondries ?

2021-01-14T06:45:00Z

Le protéome mitochondrial humain est estimé à plus d'un millier de protéines dont 99% sont synthétisées en dehors des mitochondries. Ces protéines sont importées à l'intérieur de la mitochondrie dans des endroits très spécifiques, dans une des membranes, dans l'espace inter-membranaire ou dans la matrice. Les mécanismes moléculaires de l'import sont encore mal compris au niveau atomique.
Une étude du groupe NMR a mis en lumière la base mécanistique de la spécificité du système de chaperonnes de l'espace intermembranaire des mitochondries. Sucec et al. ont étudié comment deux chaperonnes homologues (mais qui ont différentes fonctions) interagissent avec différentes protéines membranaires qui, elles, sont importées par ces chaperonnes. En combinant des techniques de RMN, de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), d'ultracentrifugation analytique (AUC) et de simulation de dynamique moléculaire (MD) et d'autres approches biophysiques/biochimiques, ils ont pu démontrer la formation de différents types de complexes chaperons. L'équilibre délicat entre promiscuité et spécificité que ces chaperonnes doivent satisfaire est le résultat d'un mélange d'interactions hydrophobes et hydrophiles envers différentes protéines clientes.
Ces travaux contribuent à l'avancement des connaissances sur la biogenèse des mitochondries, et plus généralement sur le fonctionnement des protéines chaperonnes, acteurs importants de l'homéostasie des protéines cellulaires.

Structural basis of client specificity in mitochondrial membrane-protein chaperones. Sucec I, Wang Y, Dakhlaoui O, Weinhaupl K, Jores T, Costa D, Hessel A, Brennich M, Rapaport D, Lindorff-Larsen K, Bersch B and Schanda P. Science Advances 2020 ;6(51):eabd0263

Contact : Paul Schanda, chercheur CEA de l'IBS (Groupe de RMN biomoléculaire)

La protéine HU de Deinococcus radiodurans imagée par AFM

2020-12-10T05:52:00Z

Contrairement aux eucaryotes qui possèdent leur matériel génétique au sein d'un noyau, l'ADN bactérien est maintenant connu pour être plutôt regroupé en régions diffuses, mais non aléatoires, que sont les nucléoïdes. Mais comment sont-ils organisés ?
HU est une protéine importante, voire essentielle, dans certains nucléoïdes bactériens. La fonction cellulaire de HU dans la compaction de l'ADN est cependant controversée pratiquement depuis son identification dans les années 1970, notamment par des comportements différents d'une espèce à une autre. L'équipe AFM du groupe MEM, en collaboration avec l'équipe Lésions et Réparation de l'ADN du groupe VIC, a permis d'imager pour la première fois la protéine HU de Deinococcus radiodurans (DrHU) par Microscopie à Force Atomique (AFM). Ce travail met en avant un tout nouveau traitement d'image AFM, basé sur un filtre utilisant l'opérateur Laplacien, qui permet d'observer la protéine DrHU sur des plasmides natifs produits par E. coli ainsi que sur des plasmides linéarisés. Ce filtre permet d'améliorer la visibilité des molécules uniques au-delà de la limitation liée au phénomène de convolution de pointe AFM. Les images AFM suggèrent deux fonctions majeures de DrHU dans la condensation, mais aussi la décondensation de l'ADN double brin. La dynamique d'auto-compactage de l'ADN nu, ainsi que la concentration de DrHU, sont des paramètres importants dans la performance cellulaire de DrHU.

Nanoscale surface structures of DNA bound to Deinococcus radiodurans HU unveiled by atomic force microscopy. Chen SWW, Banneville AS, Teulon JM, Timmins J and Pellequer JL. Nanoscale 2020 ;12(44):22628-22638

Contact : Jean-Luc Pellequer, chercheur CEA de l'IBS (Groupe de Microscopie Electronique et Méthodes)

Paul Schanda, lauréat du prix Varian Young Investigator Award de l'EUROMAR

2020-12-09T08:01:26Z

Le comité EUROMAR a décerné le prix Varian Young Investigator à Paul Schanda (IBS/NMR). Ce prix prestigieux a été créé à l'honneur de Russel Varian, pionnier de la spectroscopie RMN, pour reconnaître les contributions exceptionnelles dans le domaine du développement de la résonance magnétique.
Le prix salue notamment les développements méthodologiques de Paul Schanda pour caractériser la dynamique et la structure des protéines à l'état solide et liquide. Certaines méthodes développées par son équipe sont très répandues pour suivre, par exemple, les processus cinétiques des protéines, ou détecter des états conformationnels transitoires (détails).
Paul Schanda a également reçu, il y a quelques semaines, la médaille des fondateurs de l'ICMRBS qui salue les contributions exceptionnelles de jeunes scientifiques au développement de la résonance magnétique dans les systèmes biologiques.

L'IBS s'organise face à l'évolution du contexte sanitaire

2020-11-03T07:34:14Z

Nos activités sont maintenues sous réserve d'ajustements organisationnels : la vie de nos laboratoires se poursuit mais le télétravail est privilégié pour ceux dont les activités le permettent.
Pour les personnes en télétravail, qui restent joignables par mail ou téléphone, une présence temporaire et par rotation est mise en place au sein des équipes pour assurer un fonctionnement efficace des collectifs de travail.
Pour les personnes en présentiel, la réduction des interactions sociales et le respect des consignes sanitaires et des gestes barrière sont la règle.
Enfin les évènements scientifiques de type réunion, séminaires ou ateliers se poursuivent par visioconférence.

SARS-CoV-2 : découverte d'un mécanisme de transmission inédit

2020-10-19T13:42:49Z

La glycoprotéine S, présente à la surface du Coronavirus SARS-CoV-2, permet l'entrée du virus dans les cellules humaines via son interaction avec un récepteur, l'enzyme ACE2, présent à la surface des cellules infectées. L'équipe de F. Fieschi du groupe M&P, à laquelle sont associés des membres des groupes IRPAS et MEM et des groupes espagnol et italien, vient de mettre en évidence que des récepteurs lectines (DC-SIGN, L-SIGN , MGL et Langerin) de cellules immunitaires sont également capables de reconnaitre la protéine S du SARS-CoV-2. Cette interaction implique une reconnaissance multi-site de la protéine S en exploitant les différents glycanes (sucres) de surface de la protéine S. Ils ont montré que cette interaction ne permet pas d'induire l'infection directe des cellules (infection cis) par le SARS-CoV-2. Par contre, parmi ces récepteurs, DC-SIGN et L-SIGN sont capables après capture de transmettre le virus à des cellules permissives possédant ACE2 (infection en trans). C'est donc un nouveau mode de transmission, dans le processus global d'infection, que ces chercheurs mettent en avant dans une publication déposée sur le site de preprint BioRxiv et qui est actuellement en cours d'évaluation par un journal à comité de lecture. Ils ont également montré qu'il est possible d'inhiber ce nouveau mode de transmission du virus par l'utilisation de glycomimétiques précédemment développés à l'IBS.

DC/L-SIGN recognition of spike glycoprotein promotes SARS-CoV-2 trans-infection and can be inhibited by a glycomimetic antagonist. Thépaut M, Luczkowiak J, Vivès C, Labiod N, Bally I, Lasala F, Grimoire Y, Fenel D, Sattin S, Thielens N, Schoehn G, Bernardi A, Delgado R, Fieschi F. doi : https://doi.org/10.1101/2020.08.09.242917

Contact : Franck Fieschi, professeur UGA rattaché à l'IBS (Groupe Membrane et pathogènes)

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

2020-09-30T10:47:13Z

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, chercheuse UGA de l'IBS (Groupe Microscopie Electronique et Méthodes)

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

2020-08-13T06:56:28Z

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, chercheur CEA de l'IBS (Groupe Dynamique et Cinétique des processus moléculaires)

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

2020-08-05T09:45:33Z

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.