IBS - Institut de Biologie Structurale - Grenoble / France

L'incroyable résistance des tardigrades aux stress environnementaux

2021-11-29T08:16:14Z

Malgré leur espérance de vie de 1 à 3 ans, les tardigrades sont de micro-animaux aquatiques remarquables par leur capacité à survivre pendant de très longues périodes à des conditions de stress aussi diverses et létales que des températures et pressions extrêmes, la dessiccation ou même l'irradiation. Les mécanismes moléculaires leurs conférant cette résistance unique aux conditions extrêmes restaient jusqu'alors inconnus en dépit de l'intérêt vieux de plusieurs siècles que les tardigrades ont pu susciter.
Les chercheurs du groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN ont combiné la résonance magnétique nucléaire, la microscopie à force atomique et des techniques de diffraction de la lumière et des rayons-x, pour caractériser le comportement conformationnel et physique d'une protéine intrinsèquement désordonnée, unique aux tardigrades, qui joue un rôle essentiel dans cette réponse au stress environnemental. Ils ont pu déterminer à l'échelle atomique que cette protéine présente des bras désordonnés et hautement flexibles entourant un long domaine hélicoïdal central dont le comportement est hautement dépendant de la température. Cette protéine, hautement flexible et dynamique dans les conditions ambiantes, se transforme en conditions de stress pour former des fibres, lesquelles forment à leur tour un hydrogel. Les chercheurs ont pu séquestrer d'autres protéines à l'intérieur de ce gel formé par la protéine de tardigrade et ont démontré qu'elles y conservaient leur comportement conformationnel. Le mécanisme exact par lequel la formation de tels gels protège l'organisme reste encore inconnu, mais il est possible que la formation d'une telle matrice intracellulaire permette le maintien des biomolécules dans leur état fonctionnel. Cette transformation du milieu cellulaire, parfaitement réversible lors de la disparition du stress, permet de mieux comprendre la capacité unique des tardigrades à survivre des conditions autrement fatales pour la vie.

Intrinsically Disordered Tardigrade Proteins Self-Assemble into Fibrous Gels in Response to Environmental Stress. Malki A, Teulon JM, Camacho-Zarco AR, Chen SW, Adamski W, Maurin D, Salvi N, Pellequer JL, Blackledge M. Angewandte Chemie International Edition 2021 ; 61(1):e202109961

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

Une technique novatrice combinant FRET à molécules uniques, RMN et SAXS pour décrire les protéines intrinsèquement désordonnées

2021-11-25T10:03:10Z

Les protéines intrinsèquement désordonnées (PID) ne possèdent pas de structure tridimensionnelle stable et bien définie. Elles sont extrêmement dynamiques, et cette propriété leur permet d'exercer leurs fonctions en se liant aisément et efficacement à toute une diversité de partenaires. A défaut de pouvoir leur attribuer une unique structure, les PIDs doivent être décrites en termes d'ensembles de conformations, reflétant un paysage conformationnel propre à chacune. Classiquement, obtenir ces ensembles nécessitait l'emploi de la résonance magnétique nucléaire (RMN) ainsi que de la diffraction de rayons-X aux petits angles (SAXS). Toutefois, une description des interactions spécifiques à longues-distances faisait encore défaut au spectre des capacités de la RMN et du SAXS, et donc aux calculs d'ensembles conformationnels. Des chercheurs du groupe FDP de l'IBS (Naudi-Fabra et al.) proposent maintenant une combinaison de la RMN et du SAXS avec la fluorescence à molécules uniques, notamment le FRET (Transfert d'énergie de résonnance de Förster), qui fournit avec haute précision des distances allant jusqu'à 10nm. Ils ont pu démontrer que les ensembles conformationnels obtenus par cette méthode étaient prédictifs, reproduisant des ensembles indépendants non-inclus dans le calcul initial. Cette approche multidisciplinaire ouvre à présent de nouvelles perspectives quant à la description quantitative des protéines intrinsèquement désordonnées.

Quantitative description of Intrinsically Disordered Proteins using single molecule FRET, NMR and SAXS. Naudi-Fabra S, Tengo M, Jensen MR, Blackledge M, Milles S. J Am Chem Soc In Press (2021) https://doi.org/10.1021/jacs.1c06264

Contact : Sigrid Milles, chercheur CNRS de l'IBS (groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN)

Une licence exclusive sur une technologie vaccinale brevetée développée à l'IBS

2021-11-05T07:35:03Z

L'équipe ‘Adénovirus', dirigée par Pascal Fender au sein du groupe Microscopie Electronique & Méthodes de l'IBS, travaille sur les protéines de l'adénovirus impliquées dans l'entrée de ce virus, qui infecte de nombreuses espèces animales ainsi que l'homme. Cette équipe a découvert une particule protéique pseudo-virale non infectieuse mimant ce virus : l'ADDomerTM. En 2016, en collaboration avec l'EMBL de Grenoble, les chercheurs ont modifié cette particule pour exposer des épitopes de virus émergents menant à la création d'une nouvelle plateforme vaccinale. Après le dépôt d'un brevet CNRS/EMBL en 2017, les résultats ont été publiés dans Science Advances en 2019 (Vragniau et al., 2019). En 2021, la société britannique Imophoron vient d'acheter une licence de ce brevet et une levée de fond de 4,7M€ vient d'être réalisée pour effectuer des test précliniques et permettre de tester des vaccins contre trois virus : le virus respiratoire syncytial, le chikungunya et le SARS-Cov2. Ces essais valideront plus généralement l'ADDomer comme plateforme de développement de futurs vaccins (en savoir plus avec la lettre innovation CNRS).

Contact : Pascal Fender, chercheur CNRS de l'IBS (groupe Microscopie Electronique & Méthodes)

Andrea Dessen, lauréate de la Médaille d'Argent du CNRS

2021-09-21T07:28:05Z

Andrea Dessen, responsable du groupe Pathogénie Bactérienne de l'IBS, est lauréate de la Médaille d'Argent du CNRS pour l'année 2021. Cette médaille distingue des chercheurs et des chercheuses pour l'originalité, la qualité et l'importance de leurs travaux, reconnus sur le plan national et international.

Andrea Dessen, ingénieur chimiste diplômée à l'Université de Rio de Janeiro, a effectué sa thèse à l'Université de New York. Ce travail a été suivi de deux stages postdoctoraux, au Albert Einstein College of Medicine (New York), puis au Harvard Medical School (Boston) dans le laboratoire du Pr. Don C. Wiley. Souhaitant continuer dans le domaine de la cristallographie, elle a travaillé au Genetics Institute/Pfizer à Cambridge au Massachussetts, avant de venir en France, où elle a été recrutée au CNRS dans le groupe du Dr. Otto Dideberg à l'IBS en 2000. Depuis 2012, Directrice de Recherches au CNRS, elle dirige le groupe Pathogénie Bactérienne à l'IBS, ainsi qu'un deuxième groupe au Laboratório Nacional de Biociências (LNBio/CNPEM) à Campinas, São Paulo, grâce à un partenariat du type Laboratoire International Associé entre le CNRS et le CNPEM au Brésil.

Les deux groupes s'intéressent à la caractérisation structurale et fonctionnelle de facteurs de virulence bactériens et de machineries de la biosynthèse de la paroi bactérienne, ainsi qu'au développement de nouveaux composés ayant une activité antibactérienne, à partir de chimiothèques de produits naturels. Les techniques principales employées par les deux équipes incluent la cristallographie aux rayons X, la microscopie électronique, le criblage à haut débit et la caractérisation chimique de produits naturels, ainsi que des approches biochimiques, biophysiques et microbiologiques.

Hélène Malet, lauréate de la Médaille de bronze CNRS

2021-09-20T13:53:36Z

Hélène Malet, Maître de Conférences à l'Université Grenoble Alpes et chercheuse dans le groupe de Microscopie Électronique et Méthodes de l'IBS, est lauréate de la Médaille de bronze du CNRS pour l'année 2021 pour ses travaux sur les protéines virales impliquées dans le fonctionnement de la réplication et la transcription virale. Cette médaille récompense le premier travail d'un(e) chercheur, qui fait de elle/lui un(e) spécialiste de talent dans son domaine.

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 l'Institut Universitaire de France. Il utilisera de manière extensive les plateformes technologiques de l'IBS gérées par l'ISBG et subventionnées par FRISBI et Gral.

Click and Collect à Haute Résolution : une nouvelle stratégie pour percer les secrets de la division bactérienne

2021-09-09T15:52:14Z

Les bactéries adoptent une morphologie qui leur permet de s'adapter la pression sélective de leur environnement, ce qui en fait un critère essentiel à leur survie. Cette forme est intimement liée à la synthèse de la paroi bactérienne. Chez les bactéries à Gram +, telle que S. pneumoniae, la paroi est principalement composée d'une couche épaisse de peptidoglycane (PG), qui forme un réseau de sucres et de peptides à la surface de la cellule. Bien que les machineries de synthèse du PG, appelées divisome et elongasome, aient été identifiées depuis des décennies, leurs dynamiques d'assemblages et de remodelages de la paroi bactérienne dans le temps et dans l'espace restent énigmatiques. Afin d'étudier ces processus à l'échelle du nanomètre, les chercheurs du groupe PG en collaboration avec l'équipe PIXEL de l'IBS (D. Bourgeois), un chimiste du DPM de Grenoble (Y-S. Wong) et l'équipe B3P du MMSB à Lyon (C. Grangeasse), ont mis au point une technique de marquage du PG nouvellement synthétisé utilisant la chimie bio-orthogonale (chimie click) couplée à de l'imagerie de fluorescence à haute résolution (dSTORM), et de la modélisation in silico. Ce travail pionnier décrit la dynamique de synthèse du PG chez le pneumocoque avec des détails inaccessibles jusqu'alors. Dans le futur, cette approche pourrait être utilisée pour élucider le fonctionnement de nouveaux antibiotiques, mais également être adaptée pour l'étude de processus cellulaires dans tous les domaines du vivant.

Nanoscale dynamics of peptidoglycan assembly during the cell cycle of Streptococcus pneumoniae. Trouve J, Zapun A, Arthaud C, Durmort C, Di Guilmi AM, Söderström B, Pelletier A, Grangeasse C, Bourgeois D, Wong YS, Morlot C. Current Biology 2021 ; S0960-9822(21)00576-5

Contact : Cécile Morlot, chercheuse CNRS de l'IBS (Groupe Pneumocoque)

Zoom sur l'environnement du chromophore dans une protéine fluorescente par spectroscopie RMN en solution

2021-09-07T12:04:26Z

Les protéines fluorescentes de la famille GFP qui changent d'état lorsqu'elles sont éclairées à des longueurs d'onde spécifiques sont des marqueurs largement utilisés en imagerie super-résolution. Les propriétés photophysiques de ces protéines dépendent toutefois de manière cruciale des conditions environnementales dans lesquelles elles sont exprimées et utilisées. Actuellement, les stratégies basées sur la conception rationnelle pour améliorer les propriétés de ces protéines fluorescentes exploitent principalement les informations mécanistiques disponibles à partir des structures cristallographiques. Or, ces structures manquent d'informations sur la dynamique conformationnelle, les états de protonation et les liaisons hydrogène, ainsi que leur dépendance aux conditions physicochimiques. Dans ce travail de collaboration impliquant les groupes RMN et I2SR, nous nous sommes concentrés sur rsFolder, une protéine fluorescente verte photocommutable qui a été conçue à l'IBS. Nous avons démontré que la spectroscopie RMN en solution peut détecter des changements subtils dans l'environnement du chromophore avec une résolution atomique, ce qui permet de mieux comprendre la dépendance au pH des propriétés de photocommutation de rsFolder. Nos résultats peuvent être exploités pour concevoir et tester de nouveaux variants de FPs plus robustes face aux changements environnementaux. Ce travail introduit également la spectroscopie RMN dans le domaine de la recherche sur les protéines fluorescentes en tant que nouvel outil pour sonder les populations et la dynamique des différentes conformations du chromophore en fonction d'une variété de conditions environnementales.

Disentangling chromophore states in a reversibly switchable green fluorescent protein : mechanistic insights from NMR spectroscopy. Christou NE, Giandoreggio-Barranco K, Ayala I, Adam V, Bourgeois D, Brutscher B. Journal of the American Chemical Society 2021, 143, 19, 7521–7530

Contact : Bernhard Brutscher, chercheur CEA de l'IBS (groupe de RMN biomoléculaire)

Interactions de la protéine Spike du SARS-CoV-2 avec des bicouches lipidiques modèles

2021-07-23T14:21:55Z

Image reproduite avec l'aimable autorisation de l'ILL

La protéine Spike du SARS-CoV-2 est connue pour se lier aux récepteurs ACE2 à la surface des cellules surtout dans les poumons, permettant ainsi l'entrée du virus dans les cellules humaines. Les scientifiques de l'Institut Laue-Langevin (ILL), en collaboration avec l'Institut de Biologie Structurale (IBS), l'Institut Paul Scherrer (PSI) et l'Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), se sont concentrés sur les interactions entre la protéine Spike et le reste de la membrane cellulaire. Plusieurs membranes cellulaires modèles ont été créées à l'aide de bicouches lipidiques supportées (SLB), allant de simples couches à des structures membranaires plus complexes. L'IBS a réussi à fabriquer une protéine Spike SARS-CoV-2 stable (sSpike), contenant la partie soluble de la protéine et la protéine de liaison au récepteur. Cette sSpike a ensuite été introduite de manière à ce que les interactions puissent être observées dans les des membranes synthétiques et naturelles plus ou moins complexes. Les membranes ont ensuite été étudiées à l'ILL à l'aide de la réflectométrie neutronique, qui permet des études à des niveaux de résolution sub-nanométriques. Les chercheurs ont constaté une dégradation de la bicouche lipidique dès l'introduction de sSpike (avec et sans la présence de sACE2). sSpike est capable d'arracher de manière significative les lipides de la membrane cellulaire, perturbant et pénétrant potentiellement directement à travers la membrane cellulaire. Ces résultats de recherche fondamentale, publiés dans Scientific reports, pourraient ouvrir la voie à de nouvelles investigations et au développement potentiel de thérapies plus efficaces ou de futurs vaccins.

Lipid bilayer degradation induced by SARS-CoV-2 spike protein as revealed by neutron reflectometry. Luchini A, Micciulla S, Corucci G, Chaithanya Batchu K, Santamaria A, Laux V, Darwish T, Russell RA, Thepaut M, Bally I, Fieschi F, Fragneto G. Scientific Reports 11, 14867 (2021)

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

Une toxine bactérienne pilotée par une protéine humaine

2021-07-09T12:07:21Z

Pseudomonas aeruginosa peut provoquer des infections nosocomiales via la toxine ExoU qui agit sur les lipides de la membrane plasmique en provoquant leur rupture et la nécrose de la cellule hôte. En découvrant que ExoU a besoin de la protéine DNAJC5 de l'hôte pour son activité nécrotique, les chercheurs de l'Irig viennent d'identifier le talon d'Achille de cette toxine.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie pathogène opportuniste responsable d'infections nosocomiales et d'infections mortelles pour les patients atteints de mucoviscidose. Les isolats cliniques sont fréquemment multirésistants aux antibiotiques, ce qui complique la prise en charge des patients infectés. P. aeruginosa dispose d'un arsenal de facteurs de virulence, dont le plus actif est un injectisome qui injecte des toxines directement dans les cellules cibles. ExoU est la toxine la plus redoutable injectée par ce système. Elle possède une activité nécrosante liée à son activité phospholipase qui provoque la rupture de la membrane plasmique des cellules, avec pour conséquence des lésions sévères dans les tissus infectés.
Pour mettre en œuvre leur activité biologique toxique, les toxines bactériennes détournent souvent à leur profit des molécules ou des mécanismes de la cellule humaine (nommée « cellule hôte ») qu'elles infectent. Des chercheurs de l'Irig (collaboration IBS et Laboratoire Biologie et Biotechnologie pour la Santé) ont recherché, à l'aide d'un crible génétique utilisant la technologie CRISPR-Cas9, les gènes qui pouvaient être impliqués dans la toxicité d'ExoU. En procédant ainsi, un seul gène a été identifié ! Ce gène code pour la protéine humaine DNAJC5, protéine que l'on sait jouer un rôle central dans la sécrétion de certaines protéines cytoplasmiques via un système de transport vésiculaire non-conventionnel (MAPS). Les chercheurs ont montré que DNAJC5 guide la toxine vers la membrane plasmique de la cellule hôte, là où ExoU peut exercer son activité toxique (Figure). Ce résultat est cohérent avec le fait que la toxine ExoU n'altère pas les cellules qui ne possèdent pas DNAJC5. Les chercheurs ont ainsi montré que des drosophiles dans lesquelles l'expression du gène l'orthologue de DNAJC5 était inhibée survivaient beaucoup mieux à l'infection bactérienne.
Le système de transport assuré par la protéine DNAJC5 est donc le talon d'Achille de la toxine ExoU de la bactérie pathogène Pseudomonas aeruginosa. Cette découverte pourrait être mise à profit pour empêcher l'action dévastatrice d'ExoU lors d'infections aiguës à P. aeruginosa.

The bacterial toxin ExoU requires a host trafficking chaperone for transportation and to induce necrosis. Deruelle V, Bouillot S, Job V, Taillebourg E, Fauvarque MO, Attrée A and Huber P. Nature Communications, 2021

De la chimie radicalaire pour l'assemblage du site actif des hydrogénases à [FeFe]

2021-06-08T15:14:44Z

Les hydrogénases à [FeFe] sont des métalloenzymes capables de catalyser la réaction réversible d'oxydation de l'hydrogène moléculaire. Elles utilisent pour cela un centre organométallique unique appelé agrégat H, dont les propriétés physicochimiques et structurales servent de source d'inspiration pour l'élaboration de catalyseurs en vue d'une utilisation plus importante de l'hydrogène moléculaire comme source d'énergie renouvelable. Des chercheurs de l'IRIG lèvent un coin de voile sur les mécanismes de production et d'assemblage de ce centre métallique, qui font appel à une chimie radicalaire complexe.

L'agrégat H de ces métalloprotéines est constitué d'un centre [Fe4S4] lié à un centre binucléaire de fer [2Fe]H. Ce dernier est le site de fixation et transformation de l'hydrogène proprement dit. La biosynthèse du [2Fe]H nécessite l'action coordonnée d'au moins trois métalloprotéines accessoires HydF, HydE et HydG. La protéine HydG est responsable, à partir de L-tyrosine, de la production des ligands cyanure et monoxyde de carbone, sous la forme d'un complexe organométallique appelé complexe-B. Ce dernier sert à son tour de substrat pour la protéine HydE dont la réaction et le produit restent inconnus. La protéine HydF, elle, sert d'échafaudage sur lequel le centre [2Fe]H est construit avant d'être inséré dans l'hydrogénase.
Des chercheurs de l'Irig étudient les mécanismes catalytiques de métalloenzymes contenant des métaux de transition, mais aussi les mécanismes de synthèse et d'insertion de ces sites métalliques dans les enzymes au sein desquelles ils doivent être insérés. En collaboration avec l'UCDavis et l'université de l'Illinois, ils ont publié la structure cristalline de la protéine HydE liant le complex-B, révélant pour la première fois sa configuration unique, ainsi que son mode de fixation. Par ailleurs, en déclenchant la réaction, soit directement dans les cristaux, soit juste avant cristallisation, ils ont été capables d'observer une nouvelle espèce mononucléaire de fer pentavalent, probablement reliée au produit de HydE. L'analyse des mouvements de la protéine observés dans les différentes structures suggère un transfert directionnel du substrat au site actif et d'évacuation du produit vers son partenaire HydF. Ces travaux soulèvent de nouvelles questions quant au mécanisme complet de l'enzyme qui agit comme une nano chaine de montage.

Crystal Structure of the [FeFe]-Hydrogenase Maturase HydE Bound to Complex-B. Rohac R, Martin L, Liu L, Basu D, Tao L, Britt RD, Rauchfuss TB, and Nicolet Y. Journal of the American Chemical Society, 2021

Contact : Yvain Nicolet (IBS/Groupe Métalloprotéines)