Projet ANR-10-PDOC-0011 – ProtDynByNMR : Etude de dynamique fonctionnelle des protéines à résolution atomique par spectroscopie RMN du solide
Programme : Retour Post-Doctorants (RPDOC)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Paul SCHANDA (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-ALPES SECTEUR ALPES)
Partenaires : Institut de Biologie Structurale
Montant : 247740.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Etude de dynamique fonctionnelle des prote´ines a` re´solution atomique par spectroscopie RMN du solideDéveloppement de nouvelles méthodes de RMN à l'état solide et application à la compréhension du lien fonction-mouvement dans des protéines cibles biologiques importantes
Des nouveaux outils permettent de comprendre le mouvement des protéines à l'état solideLa détermination de la relation entre la fonction moléculaire, et de leur structure et flexibilité est un objectif majeur des sciences de la vie courante. L'établissement de ce lien entre la fonction et le mouvement est souvent particulièrement difficile pour des protéines les plus intéressantes, comme très grands complexes et des protéines membranaires. Le but de ce projet est de développer de nouveaux outils, qui permettent d'étudier la dynamique et de déterminer avec une résolution atomique, les amplitudes et les échelles de temps de la dynamique locale et relier cette information à la fonction. Notre principal outil est la spectroscopie RMN à l'état solide. Le développement méthodologique est un objectif central, parce queque les méthodes actuelles ont encore un énorme potentiel d'amélioration, afin d'obtenir des informations plus précises. En termes d'application, les principales cibles ambitieuses sont des protéines membranaires de la famille des transporteurs mitochondriaux. En outre, nous allons valider la méthodologie sur les protéines modèles et des protéines d'intérêt biologique qui sont bien établis.
Approches innovantes et production de protéines membranaires difficilesEn termes de méthodologie RMN, nous sommes surtout intéressés par le développement de nouvelles techniques qui permettent - avec une résolution atomique - d'étudier la dynamique sur des échelles de temps microsecondes-à-secondes. Cette échelle de temps est particulièrement intéressante, parce que de nombreux fonctions se produisent à cette échelle temporaire. Nous allons développer de nouvelles méthodes, appelées solid-state relaxation dispersion et dipolar CODEX, qui permettront de voir comment une molécule échange en permanence sa conformation d'une forme prédominante (généralement correspondante à la forme vu que par biologie structurale «traditionnelle«) et des états fonctionnelles transitoires (typiquement invisibles).En termes de systèmes biologiques, notre intérêt principal sont des protéines de la famille des transporteurs mitochondriaux. Nous allons utiliser différentes méthodes de production, et mimétiques de membranes, pour la RMN ensolution et  à l'état solide.
Résumé de la soumission : Pour comprendre les processus biologiques à une échelle atomique, il est indispensable de faire une caractérisation détaillée des protéines. En particulier, la détermination de leur structure tridimensionnelle est une étape nécessaire pour décrire les mécanismes liés à leur fonction. Cependant, cette vision statique de la biologie à un niveau moléculaire fait abstraction de la nature dynamique des processus du vivant, qui est essentielle à leur fonction. La spectroscopie RMN est une technique particulièrement adaptée pour étudier la dynamique des biomolécules car elle est capable de fournir à une résolution atomique des informations concernant à la fois la conformation spatiale de la protéine et les échelles de temps caractérisant l’interconversion des états conformationnels.  Cette caractéristique a permis à la RMN en solution de s’inscrire parmi les techniques indispensables pour comprendre la fonction des protéines.  Cependant, de nombreux phénomènes biologiques ne se produisent pas en solution : des systèmes hautement intéressants comme les protéines membranaires ou les fibriles amyloïdes sont très difficiles à étudier par RMN en solution. La RMN du solide a fait d’énormes progrès dernièrement, ce qui permet d’envisager l’étude structurale et dynamique à une échelle atomique de protéines en phase solide. Cette technique est donc vraiment prometteuse pour l’étude fonctionnelle de ces molécules, à condition de posséder la méthodologie permettant d’extraire de façon fiable et précise les paramètres dynamiques à différentes échelles de temps.  Le projet présenté ici a pour but de développer de nouvelles méthodes et d’améliorer les méthodes existantes pour la quantification des amplitudes et des échelles de temps des mouvements dans les protéines « solides », c’est-à-dire sous forme précipitée, dans un environnement membranaire ou dans un état fibrillaire. La fenêtre de temps allant de la microseconde à la seconde fera l’objet d’une attention particulière, car beaucoup de processus biologiques opèrent à cette échelle de temps. La compréhension de la dynamique intrinsèque des protéines dans ce régime permettra d’avoir accès à une caractérisation de leur fonction. Les méthodes développées dans ce projet pourront être utilisées pour l’étude de nombreux processus biophysiques, et seront appliquées en particulier à l’étude de deux protéines membranaires : le canal d’ions de potassium KcsA et le transporteur d’ADP et ATP dans les membranes des mitochondries. Les résultats attendus permettront de décrire les mécanismes moléculaires impliqués dans le transport trans-membranaire effectué par ces deux protéines.
Résultats : (à etre completé)
Perspectives : (à etre completé)
Publications et brevets : Publications premiere année:
Schanda et al, Angew Chem. 50(46):11005-9.
Rennella et al, J. Am. Chem. Soc. 134(19):8066-9
(à etre completé)