Projet ANR-08-BLAN-0210 – EXSTASY : Excited-state protein NMR and optical spectroscopy
Programme : Blanc (BLANC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : Monsieur Bernhard BRUTSCHER (Institut de biologie structurale)
Partenaires : Institut de Biologie Structurale; Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux
Montant : 308866.0 euros
Date de début : 2008
Durée : 36 mois
Résumé : Bien que la vie implique instrinsèquement des changements biochimiques et structuraux dans le temps, la biologie structurale s'est toujours focalisée sur une étude détaillée des états fondamentaux compacts qui sont fortement peuplés ; cela conduit à une image statique et omet le caractère dynamique de la biologie au niveau moléculaire. A la température ambiante, les protéines échantillonnent un ensemble de conformations en raison de l'énergie thermique. Il est bien établi que des états peuplés faiblement et de manière transitoire peuvent être stratégiques dans certains processus biochimiques comme la liaison de ligands, la catalyse enzymatique, le repliement incorrect des protéines ou la formation de fibrilles amyloïdes. La multiplicité des états accessibles à une protéine peut être illustrée par une surface d'énergie à plusieurs dimensions qui décrit les probabilités relatives de chaque état conformationnel (aspect thermodynamique) ainsi que les barrières d'énergie les séparant (aspect cinétique). Ce paysage énergétique dépend non seulement de la protéine étudiée mais aussi de son environnement. L'intérieur d'une cellule vivante est clairement un environnement extrêmement complexe et encombré où les protéines et les autres macromolécules sont présentes à des concentrations dans la gamme des 300-400 mg/ml. Le paysage énergétique d'une protéine renseigne aussi sur les divers états que celle-ci peut explorer au cours de son repliement. Suivant les protéines, on peut observer des états intermédiaires correspondant à des minima locaux d'énergie et éventuellement plusieurs chemins vers la conformation native. Le problème du repliement – ou comment les protéines trouvent leur conformation unique sur la seule base de l'information contenue dans la séquence primaire – reste une question non résolue de la science actuelle. Proche du problème du repliement se situe la question de l'auto assemblage de protéines ou de fragments dans des complexes macromoléculaires fonctionnels ou dans des agrégats insolubles associés à des maladies à dépôts amyloïdes. On admet généralement que les précurseurs à la formation des fibrilles ne sont pas des états protéiques compacts mais des états excités partiellement dépliés qui sont faiblement peuplés dans des conditions physiologiques. Parmi les techniques disponibles aujourd'hui pour une analyse détaillée, la RMN en solution présente l'avantage de permettre l'étude de structures moléculaires en conditions physiologiques, des extraits cellulaires et même des cellules vivantes. La RMN multidimensionnelle est particulièrement adaptée à l'étude de la dynamique et de la cinétique se produisant sur une large gamme de temps allant de la picoseconde à la seconde, de l'heure et même des jours en parallèle d'une information à l'échelle atomique pour les conformations excitées. De plus, la RMN permet de décrire à l'échelle atomique des ensembles de conformation très flexibles s'échangeant dans la gamme inférieure à la milleseconde, tels que rencontrés habituellement dans des fragments de protéines intrinsèquement non structurés ou des états protéiques partiellement dénaturés. Ces différents aspects font de la RMN en solution une technique unique pour étudier la diversité invisible des états moléculaires de haute énergie ainsi que les préférences conformationnelles des protéines par ailleurs non structurées. Le présent projet de recherche vise à combiner et à développer les méthodes de la RMN multidimensionnelles pour étudier les aspects structuraux, dynamiques et thermodynamiques d'états excités peu peuplés ou d'intermédiaires dans différents systèmes aux fonctions biologiques variées. Ces études à haute-résolution par RMN seront complétées par des techniques spectroscopiques à basse résolution telles que fluorescence, dichroïsme circulaire, absorption et spectroscopie de corrélation infra-rouge. Ces techniques apportent des informations cinétiques supplémentaires de haute précision sur un ou plusieurs sites dans l