Projet ANR-15-CE11-0007 – BioHSFS : Développement et application de la spectroscopie de forces à haute vitesse pour la biologie
Programme : Etude des systèmes biologiques, de leur dynamique, des interactions et inter-conversions au niveau moléculaire (DS0401) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Felix Rico (Inserm UMR_S 1006)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 261916.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 36 mois
Résumé : La mécanique des systèmes biologiques est essentielle pour leur fonction. A l’échele de protéines, les changements de conformation dans la microseconde exigent flexibilité des structures secondaires. Au niveau cellulaire, la mécanique du cytosquelette, des molécules d’adhésion et de la membrane plasmatique permet la stabilité structurale. Par conséquent, l’étude de la mécanique des protéines et des complexes protéiques est importante pour notre compréhension des processus biologiques. Les nanotechnologies ont ouvert le champ d’étude de la mécanique des biomolécules individuelles. La microscopie à force atomique (AFM) combine mesures de force et images avec une sensibilité du piconewton et une résolution nanométrique. Néanmoins, la résolution temporelle des mesures de force demeure limitée à la milliseconde et les images exigent quelques minutes d’acquisition. L’AFM à haute vitesse a accéléré de 1000x l’acquisition d’images topographiques. Récemment, nous avons développé la cartographie de forces à résolution submoléculaire ainsi que la spectroscopie de forces à haute vitesse (HS-FS), qui permet des mesures de force sur protéines uniques à des vitesses du mm/s et avec une résolution temporelle de l’ordre de la µs. L’objectif de ce projet est le développement et l’application de la spectroscopie de forces à haute vitesse pour mesurer la mécanique de systèmes biologiques. Le projet implique un important développent technologique et aborde questions biologiques pertinentes. Le projet a deux axes:
Objectif 1 : l’application de la spectroscopie de forces à haute vitesse pour mesurer la force de liaison de complexes d’adhésion et le dépliement de protéines
Nous améliorerons la spectroscopie de forces à haute vitesse pour permettre mesurer des interactions entre récepteur et ligand et dépliement de protéines multidomaines de façon automatisée et robuste. Nous appliquerons le système pour caractériser des complexes d’adhésion de leucocytes aux hautes vitesses des vaisseaux précapillaires, mm/s. Cette application nécessitera hardware et software à haute vitesse d’échantillonnage, et nouvelles techniques de bioconjugaison avec protéines de fusion.
Objectif 2 : le développement et l’application de la cartographie de forces à haute vitesse pour des systèmes biologiques.
Nous développerons la cartographie de forces à haute vitesse pour combiner images topographiques et cartographies mécaniques à des vitesses 1000x plus rapides que par AFM conventionnelle. Nous appliquerons la cartographie de forces à haute vitesse sur des membranes pourpre. Cela nous permettra de déterminer comment les propriétés mécaniques de la protéine bactériorhodopsine changent dynamiquement au cours de son photocycle. Comme preuve de concept, nous implémenterons l’imagerie de reconnaissance sur des cristaux 2D de streptavidine en utilisant pointes décorées avec biotine, permettant de localiser les sites de liaison. Cela établira les bases pour la future application sur des cellules.
Dr. Rico a une forte expérience en cartographie de forces, a développé le premier système de spectroscopie de forces à haute vitesse et a déjà travaillé avec les systèmes biologiques proposés. Son expérience assure donc la faisabilité du projet. Ce projet fera progresser les mesures de force à haute vitesse vers son application finale : la cellule vivante. La consolidation de cette technique permettra explorer de nouveaux régimes dynamiques de la mécanique des biomolécules. La cartographie de forces à haute vitesse ouvre la porte à l’étude des changements dynamiques de la mécanique des protéines, des membranes et des cellules. Les résultats attendus sont technologiquement et scientifiquement pertinents et pourraient conduire à des brevets industriels. Les résultats seront publiés dans des journaux interdisciplinaires et spécialisés. Enfin, ce projet permettra au demandeur de complémenter le laboratoire d’accueil avec une nouvelle ligne de recherche.