Projet ANR-11-BSV8-0021 – STRUCTOXIC : Relation structure-propriétés des agrégats protéiques
impliqués dans les maladies neurodégénératives de
Parkinson et Huntington
Programme : Blanc - SVSE 8 - Biochimie, biologie moléculaire et structurale (Blanc SVSE 8)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Ronald MELKI (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR SUD)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Laboratoire public
Montant : 300000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Structure des assemblages d'alpha-synucleine impliqués dans la maladie de Parkinsoncaractérisation structurale des assemblages d'a-syn par RMN du solide et identification des aires d'interaction de cette protéine avec les chaperons moléculaires
relation structure-fonction des assemblages protéiques impliqués dans les maladies neurodégénérativesNous cherchons à documenter les propriétés structurales des assemblages de protéines impliquées dans la maladie de Parkinson. Cette maladie comme celle d'Alzheimer et de Huntington ont un cout pour une société vieillissante.
RMN du solide spectrométrie de masse et protéomique(Les partenaires sont anglophones)Solid state NMR in very high fiels with specific impulses are carried out on alpha-synuclein assemblies fully labeled with heavy carbon, nitrogen and hydrogen isotopes 13C, 15N and 2D. The packing of alpha-synuclein molecules within the different assemblies (intra-molecular interactions) are identified by solid state NMR by mixing fuly labeled 13C alpha-synuclein and 15N alpha-synuclein. The interaction between alpha-synuclein assemblies and specific ligands is also assessed by solid-state NMR. The intra-molecular interaction within alpha-synuclein assemblies is assessed using a cross-linking approach coupled to proteolysis and identification of the cross-linked peptides by mass spectrometry. The same approach is used to map the surface interfaces between alpha-synuclein and the molecular chaperone Hsc70 as we demonstrated that the binding of Hsc70 to alpha-synuclein affects their toxicity and their capacity to propagate from one cell to another.
Résumé de la soumission : Les maladies de Parkinson et de Huntington sont parmi les maladies neurodégénératives les plus fréquentes. Ces maladies dévastatrices sont intimement associées à l'assemblage hautement ordonné de l'alpha-synucléine et la huntingtine et la propagation entre neurones du système nerveux central de ces assemblages protéiques. Nous proposons de disséquer les évènements moléculaires à l'origine de l'assemblage de l'alpha-synucléine et de la huntingtine et de caractériser les propriétés "fonctionnelles" des différentes espèces oligomériques de masse moléculaire élevée qui se forment par une approche intégrée faisant appel à des méthodes de biologie cellulaire, de biochimie et de biophysique. Pour relier une structure à une propriété fonctionnelle nous caractériserons les assemblages de l'alpha-synucléine et de la huntingtine à une échelle atomique à l'aide de la RMN du solide car cette technique spectroscopique est la plus adéquate pour déterminer la structure d'assemblages de masse moléculaire élevée. Nous examinerons par ailleurs la réponse cellulaire à l’agrégation et la propagation des assemblages de l'alpha-synucléine et la huntingtine. Les connaissances structurales et fonctionnelle que nous retirerons de notre approche seront critiques pour concevoir des outils thérapeutiques destinés à moduler l'agrégation de protéines impliquées dans deux maladies neurodégénératives majeures qui affectent la qualité de la vie, l'espérance de vie et qui génèrent un coût exorbitant pour nos sociétés développées.
Résultats : (Les partenaires sont anglophones)
After sequential assignments of an alpha-synuclein polymorph, a second has been finished by recording and analyzing 3D spectra, including NCACB, NCACO, NCOCA, CANCO and CCC. The two polymorphs show substatial differences in their secondary structures contents. These results have been presented by Julia Gath from the group at ETH Zurich at the ENC conference in Miami, Florida this spring. Beat Meier presented results on alpha-synuclein at the Chianti workshop in Montecatini. Assignments of further polymorphs will be started soon. 
We cross-linked Hsc70 to soluble and fibrillar alpha-synuclein assemblies, subjected the cross-links to proteolysis and identified the cross-linked polypeptides. We show that the client binding domain of Hsc70 binds two regions within alpha-synuclein like a tweezer. Our findings define what is necessary and sufficient for engineering Hsc70-derived polypeptide with “minichaperone” properties with a potential as therapeutic agents in Parkinson’s disease through their ability to affect alpha-synuclein assembly and/or toxicity.
Perspectives : L'assignement d'un nouveau polymorphe va commencer bientôt
Les interactions intramoléculaires seront documentées par RMN du solide, pontage chimique, spectrométrie de masse et approches protéomiques.
Publications et brevets : Invited Talk:
Protein Structure and Dynamics by Solid-State NMR: Methodological Developments and Application to Fibrils 
Beat H. Meier, Anja Böckmann, Matthias Ernst, Ronald Melki, Paul Schanda, Vipin Agarval, Luc Bousset, Carole Gardiennet, Birgit Habenstein, Julia Gath, Matthias Huber, Nina Luckgei, Anders B. Nielsson, Francesco Ravotti, Anne Schütz, Kathrin Szekeley
Chianti Workshop, 17-22.6.2012, Montecatini, Italie
Poster: 
The Janus face of a-synuclein 
Julia Gath, Birgit Habenstein, Luc Bousset, Ronald Melki, Beat H. Meier, Anja Böckmann
53th ENC Conference, 8-14.4.2012, Miami, Florida
Articles:
The binding of a-Synuclein to human Hsc70 and the yeast Hsp70, Ssa1p: Identification of the molecular chaperone-client protein surface interfaces
Virginie Redeker, Samantha Pemberton, Willy Bienvenut, Luc Bousset, Ronald Melki, Submitted