IBS - Institut de Biologie Structurale - Grenoble / France

So sweet : Une structure 3D révèle le mécanisme de polymérisation des chaînes d'héparane sulfate

2022-12-19T12:24:05Z

Les héparanes sulfates sont de longues chaînes de polysaccharides très complexes que l'on trouve à la surface des cellules et dans la matrice extracellulaire. Ils jouent un rôle clé dans de nombreux processus biologiques, notamment le développement cellulaire, la signalisation et les réponses immunitaires, mais aussi dans les infections pathogènes comme le SRAS-CoV-2. Une étape centrale de la biosynthèse de l'héparane sulfate est la génération d'un long squelette glycanique, constitué d'unités de N-acétylglucosamine et d'acide glucuronique. Deux enzymes, EXT1 et EXT2, ont été précédemment identifiées comme étant responsables de l'élongation de la chaîne d'héparane sulfate, bien que le mécanisme moléculaire restait inconnu.
Le groupe SAGAG, en collaboration avec des chercheurs de l'Université Paris-Saclay, de l'IBS, de l'EMBL et de BioSanté à Grenoble, fournit dans son manuscrit une analyse fonctionnelle et structurale détaillée des enzymes EXT1 et EXT2. Une structure obtenue par cryo-microscopie électronique révèle que les deux enzymes forment un complexe hétérodimérique etroitement associé. Des essais fonctionnels in vitro et in cellulo ont été utilisés pour disséquer les activités catalytiques des quatre domaines glycosyltransférase du complexe. Etonnamment, ces sites catalytiques ont des orientations opposées, ce qui suggère que la polymérisation des chaînes est un processus non processif. Les résultats obtenus permettent d'expliquer les mutations observées chez les patients souffrant d'exostoses multiples héréditaires et pourraient guider le développement futur de médicaments destinés à réguler la biosynthèse de l'héparane sulfate afin de traiter le cancer et les infections virales.

Structure of the human heparan sulfate polymerase complex EXT1-EXT2. Leisico F, Omeiri J, Le Narvor C, Beaudouin J, Hons M, Fenel D, Schoehn G, Couté Y, Bonnaffé D, Sadir R, Lortat-Jacob H, Wild R. Nature Communications (2022) ; 13(1):7110

Contact : Rebekka Wild, chercheuse CNRS de l'IBS (Groupe Structure et Activité des Glycosaminoglycanes)

Nouveau système universel de présentation de vaccin

2022-12-13T08:43:24Z

Le brevet européen WO2022218997, déposé par l'équipe de Pascal Fender (IBS/MEM), protège une plateforme vaccinale universelle. Entièrement protéique et thermostable, elle permet l'affichage spontané et irréversible d'antigènes complexes par une technologie 'plug and display'.
Des études précliniques ont montré son efficacité dans le domaine des maladies infectieuses émergentes comme les coronavirus (Chevillard et al., Mol Ther 2022, https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2022.02.011) et en cancérologie dans le cadre du mélanome (Besson et al., Biomedicines 2022, https://doi.org/10.3390/biomedicines10112881 et Besson et al., Mol Ther Meth Clin Devpt 2022, https://doi.org/10.1016/j.omtm.2022.12.003).
Ce brevet fait l'objet d'un programme de maturation et d'incubation de la start-up par la SATT Linksium.

Malene Jensen, lauréate du 1er Programme Impulscience® de la Fondation Bettencourt Schueller

2022-11-24T12:17:29Z

Malene Jensen, directrice de recherche CNRS dans le groupe "Flexibilité et Dynamique des Protéines" de l'IBS, est l'une des 7 chercheuses ou chercheurs d'exception en sciences de la vie distingués par le 1er programme Impulscience de la Fondation Bettencourt Schueller. Cette fondation s'engage à accompagner financièrement chacun de ces chercheurs pendant une durée de 5 ans avec 2,3 millions d'euros, une somme qui couvre le programme de recherche, une prime personnelle pour le chercheur et la prise en charge des frais de gestion.
Les travaux de Malene Jensen permettront d'observer au plus près la capacité des cellules à répondre en permanence à des signaux internes et externes, en particulier grâce aux protéines dites d'échafaudage (En savoir plus).

Pompe à chlorure activée par la lumière chez les cyanobactéries

2022-11-02T14:06:00Z

Le contrôle de l'équilibre ionique est vital pour les cellules. Il est contrôlé par des canaux ioniques membranaires et des pompes, qui utilisent généralement l'énergie de l'ATP ou de la lumière. La rhodopsine microbienne (RM), pompe ionique pilotée par la lumière, est présente dans un certain nombre de micro-organismes. La RM peut pomper divers ions monovalents comme les ions Na+, K⁺, Cl^-, I^-, NO3^-.
La halorhodopsine de la cyanobactérie Synechocystis sp. (SyHR), récemment découverte, pompe le chlorure. Le choix de cette pompe par les chercheurs du groupe Transporteurs membranaires de l'IBS s'explique par plusieurs raisons. Premièrement, les cyanobactéries sont inhabituelles, car contrairement aux autres bactéries, elles comprennent un organite et les pompes à Cl- des cyanobactéries n'ont pas été étudiées. Deuxièmement, contrairement aux organismes possédant les HRs les plus étudiées, la cyanobactérie vit dans de l'eau douce, et non dans une salinité élevée en Cl^- et la manière dont la pompe assure une translocation efficace des ions est intrigante. Troisièmement, la SyHR est la seule RM caractérisée capable de transporter un ion divalent, pompant le sulfate (en plus du chlorure), avec un fonctionnement resté mystérieux.
Pour faire la lumière sur ces intrigantes spécificités fonctionnelles, les auteurs ont obtenu des structures de la SyHR dans son état fondamental, dans les états intermédiaires K et O, ainsi que dans sa forme liée au sulfate. Les données révèlent l'origine moléculaire des propriétés uniques de la protéine (liaison exceptionnellement forte des chlorures et des anions divalents tels que le sulfate) et éclairent le mécanisme de captation et de pompage des anions dans les halorhodopsines cyanobactériennes. Les propriétés uniques de la SyHR soulignent son potentiel en tant qu'outil optogénétique et offrent une base structurale pour concevoir de nouvelles pompes à anions.

Structural insights into light-driven anion pumping in cyanobacteria. Astashkin R, Kovalev K, Bukhdruker S, Vaganova S, Kuzmin A, Alekseev A, Balandin T, Zabelskii D, Gushchin I, Royant A, Volkov D, Bourenkov G, Koonin E, Engelhard M, Bamberg E, Gordeliy V. Nature Communications 2022 ;13:6460.

Contact : Valentin Gordeliy, chercheur CEA de l'IBS (groupe Transporteurs Membranaires)

Les protéines fluorescentes n'aiment pas les coups de soleil !

2022-07-05T06:10:00Z

La microscopie à super résolution continue de mettre à jour de nouveaux aspects de la biologie à l'échelle nanométrique. Les mesures quantitatives utilisant la microscopie à super résolution restent toutefois limitées en raison du comportement photophysique très complexe des marqueurs fluorescents utilisés. Dans le cas des protéines fluorescentes photoconvertibles (PCFPs), leur efficacité limitée de conversion du vert au rouge réduit la résolution spatiale et génère des erreurs de sous-comptage dans les expériences quantitatives. Les chercheurs de l'équipe PIXEL du groupe I2SR de l'IBS ont montré que l'efficacité de la photoconversion de plusieurs PCFPs, notamment mEos4b, Dendra2 et pcStar, dépend fortement des conditions d'illumination. En particulier, l'efficacité de la photoconversion dépend de manière non linéaire de l'intensité lumineuse utilisée à 405 nm, en raison d'un mécanisme de photoblanchiment non linéaire. Les résultats contribuent à notre compréhension de la photophysique des protéines fluorescentes et permettent de concevoir des schémas d'illumination optimisés pour la microscopie de localisation.

mEos4b Photoconversion Efficiency Depends on Laser Illumination Conditions Used in PALM. Wulffele J, Thédié D, Glushonkov O, Bourgeois D. J. Phys. Chem. Lett. 13:5075–5080.

Contact : Dominique Bourgeois, chercheur CNRS de l'IBS (Groupe Imagerie intégrée de la réponse au stress)

Journée scientifique 2022 et célébration du 30e anniversaire de l'IBS

2022-06-17T07:45:00Z

L'IBS a fêté son 30eme anniversaire à l'occasion de sa Journée scientifique annuelle le 16 juin 2022 en présence de 220 personnes. Pour cette occasion spéciale, la journée scientifique a eu lieu à l'amphithéâtre Minactec avec, entre autre, des rétrospectives de 30 années de réalisations, ainsi qu'une partie dédiée aux enjeux actuels et perspectives. Un focus particulier a été présenté sur la cristallographie (après un focus RMN en 2019 et microscopie électronique en 2021). Afin de partager ces informations avec nos partenaires académiques et industriels, des captations vidéos de certains moments clés ont été mises en ligne sur la chaine Youtube de l'IBS.

Présentation plénière
Perspectives pour l'IBS par W. Weissenhorn

Une session posters était également proposée pendant le déjeuner, et des nouvelles d'anciens doctorants ont été diffusées par le biais de vidéos. Le prix du Jeune chercheur 2022 a été attribué à Benoit Arragain qui a effectué sa thèse dans le groupe MEM portant sur l'analyse structurale et fonctionnelle de la réplication et de la transcription des Bunyavirus. Le Prix du Flash/Poster est revenu à Elda Bauda (en 2eme année dans le groupe Pneumocoque) pour ses travaux sur l'architecture de SpoIIIA-SpoIIQ, une nanomachine impliquée dans la sporulation bactérienne.

La fresque des 30 ans et ses auteurs
E. Bauda lors de la session poster

En conférence de clôture, deux conférenciers de l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble ont présenté "De Curiosity à Perseverance", une décennie de recherches à la surface de Mars.

Pour clôturer ce trentenaire, une soirée festive a été organisée sur le campus EPN pour l'ensemble du personnel avec jeux et animations musicales.

Diner anniversaire

Chimie radicalaire : comment elle est contrôlée par les enzymes à Radical SAM

2022-05-20T12:47:24Z

La chimie radicalaire permet, grâce à l'utilisation d'intermédiaires de haute énergie, de réaliser des réactions difficiles, voire impossibles par la chimie dite polaire. Dans la nature, ces réactions sont extrêmement contrôlées par l'environnement structural au sein d'enzymes dédiées. Les protéines dites « Radical SAM » utilisent un centre fer-soufre et la S-adénosylméthionine pour initier des réactions radicalaires variées. Ces métalloprotéines sont notamment retrouvées dans la biosynthèse de nombreux cofacteurs, mais aussi dans la modification de peptides à propriété antibiotique. La résolution de la structure cristalline de ThiH impliquée dans la synthèse anaérobie de la vitamine B1 a permis au chercheur du groupe Métalloprotéines de l'IBS, en combinant analyse structurale et calculs théoriques, de comprendre comment le substrat est reconnu par la protéine et comment il est activé. En particulier, le transfert d'atome d'hydrogène est facilité par un effet tunnel qui permet l'abaissement de la barrière d'activation. Enfin, ces travaux ont montré comment une somme de petits changements ont permis de modifier à la fois la sélectivité de substrat et la spécificité de réaction chimique au sein de cette importante famille de protéines, ouvrant ainsi la porte à de futurs travaux d'ingénierie moléculaire pour une plus grande utilisation de ces protéines comme outil biotechnologique.

L-tyrosine-bound ThiH structure reveals C-C bond break differences within radical SAM aromatic amino acid lyases. Amara P, Saragaglia C, Mouesca JM, Martin L, Nicolet Y. Nature Communications ; 13(1):2284

Contact : Yvain Nicolet, chercheur CEA de l'IBS (groupe Métalloprotéines)

Comment une enzyme fait de la place pour ses substrats

2022-05-16T09:43:28Z

Chez les enzymes, la « 1ère sphère de coordination » décrit la liaison d'un ou plusieurs substrats au site actif, tandis que les ligands protéiques qui servent à le(s) orienter correctement sont généralement définis comme appartenant à la « 2ème sphère de coordination ». Les éléments protéiques qui se trouvent au-delà de ce point, et qui peuvent encore affecter la catalyse, font partie de la « sphère de coordination externe ». La quinolinate synthase est un bon exemple de cette classification car, en plus d'avoir un site actif et des résidus qui fixent ses substrats, elle module le volume de ce site par des changements conformationnels internes remarquables.

Quinolinate synthase : an example of the roles of the second and outer coordination spheres in enzyme catalysis. Juan C. Fontecilla-Camps* and Anne Volbeda. Chem Rev. (2022) doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00869.

Contact : Juan Carlos Fontecilla-Camps chercheur CEA de l'IBS (groupe Métalloprotéines)

L'endosulfatase extracellulaire HSulf-2 porte une chaîne de sucres qui « musèle » son activité pro-tumorale

2022-03-29T08:52:56Z

Les polysaccharides de type Glycosaminoglycanes (GAGs) sont des constituants essentiels des surfaces cellulaires et des matrices interstitielles. Parmi eux, les héparanes sulfates (HS) sont impliqués dans un grand nombre de fonctions biologiques, de par leur capacité à fixer et à réguler l'activité d'un large répertoire de protéines de signalisation. Ces mécanismes sont finement contrôlés, notamment par des enzymes extracellulaires telles que l'endosulfatase HSulf-2, qui modifient la structure des HS et leurs propriétés d'interaction.
Des chercheurs de l'IBS (Structure et activité des Glycosaminoglycanes, équipe Vivès) et du CEA-Biosanté (Equipe IMAC, Odile Filhol-Cochet) ont montré que HSulf-2 est elle-même porteuse d'une chaîne de GAG qui agit comme un régulateur de son activité. Ainsi, son élimination (par mutation ou digestion enzymatique) accroit significativement l'activité de l'enzyme in vitro, et la surexpression de Sulf-2 dépourvue de chaine de GAG dans des cellules de cancer mammaire favorise la prolifération, la migration et l'invasion cellulaire, mais également la croissance tumorale et l'apparition de métastases pulmonaires in vivo (figure).
Ces travaux apportent un nouvel éclairage sur le mécanisme de régulation des HS par HSulf-2, et pour le développement de stratégies antitumorales ciblant ces enzymes.

Extracellular endosulfatase Sulf-2 harbors a chondroitin/dermatan sulfate chain that modulates its enzyme activity. El Masri R, Seffouh A, Roelants C, Seffouh I, Gout E, Pérard J, Dalonneau F, Nishitsuji K, Noborn F, Nikpour M, Larson G, Crétinon Y, Friedel-Arboleas M, Uchimura K, Daniel R, Lortat-Jacob H, Filhol O, Vivès RR. Cell Reports ; 38(11):110516

Contact : Romain Vivès, chercheur CNRS de l'IBS (Groupe Structure et Activité des Glycosaminoglycanes)

Les rotations des acides aminés aromatiques : résolution d'un paradoxe de longue date dans la dynamique des protéines

2022-02-21T13:00:45Z

Des études de résonance magnétique nucléaire (RMN) menées dans les années 1970 ont démontré de manière surprenante que les acides aminés aromatiques des protéines peuvent subir des rotations. Paradoxalement, ces acides aminés aromatiques sont, dans de nombreux cas, situés dans le cœur hydrophobe, où ils s'engagent dans de multiples interactions pour maintenir le repliement de la protéine et donc sa fonction. À l'époque, il a été proposé que des "mouvements respiratoires" à grande échelle de la protéine soient nécessaires pour faciliter ces rotations, mais jusqu'à présent, les détails structurels de ces mouvements sont restés énigmatiques.
En combinant la spectroscopie RMN et la cristallographie aux rayons X, les chercheurs de l'IBS (Groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN) en collaboration avec des chercheurs de l'IAB (Groupe Palencia) ont pu révéler pour la première fois les changements structurels associés aux rotations des aromatiques dans le cœur d'une protéine. L'étude montre comment un volume vide est généré autour de l'aromatique pour permettre la rotation de sa chaine latérale.
Cette découverte, publiée dans Nature le 16 février 2022, a des implications à la fois pour la conception des protéines et la prédiction de leur structure, en soulignant comment même de petites altérations dans l'équilibre délicat des interactions qui stabilisent le cœur hydrophobe peuvent conduire à des changements majeurs dans la structure de la protéine.

Visualizing protein breathing motions associated with aromatic ring flipping. L. Mariño Pérez, F.S. Ielasi, L.M. Bessa, D. Maurin, J. Kragelj, M. Blackledge, N. Salvi, G. Bouvignies, A. Palencia*, M.R. Jensen*. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04417-6

Contact : Malene R. Jensen, chercheur CNRS de l'IBS (Groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines par RMN)