Résultats scientifiques marquants de l`Institut de Biologie

Institut de Biologie Structurale J.P. Ebel, 41 rue Jules Horowitz, F-38027 GRENOBLE Cedex 1 - www.ibs.fr
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Résultats scientifiques marquants
de l’Institut de Biologie Structurale pour l’année 2009
Une seconde pour sonder des nanomachines moléculaires au niveau atomique
Le Laboratoire Résonance magnétique nucléaire (IBS/LRMN) a développer une nouvelle approche,
basée sur la RMN, permettant de réduire considérablement le temps nécessaire pour sonder, au niveau
atomique, des assemblages biomoléculaires de grandes tailles. Pour cela, les chercheurs ont combiné trois
technologies : la technique de RMN de marquages isotopiques spécifiques, l’utilisation de spectromètres RMN
opérant à des champs magnétiques élevés et une technique récemment mise au point à l’IBS, la RMN rapide qui
accélère l’enregistrement des spectres RMN. Les temps d’analyse passent ainsi de plusieurs minutes à quelques
secondes ce qui ouvre un nouveau champ de recherche dans l’étude structurale de ces assemblages. Cette
nouvelle approche devrait en effet permettre l’accès à des informations cinétiques sur les mécanismes de
repliement ou d’auto-organisation de ces assemblages biomoléculaires. De plus, elle constitue une avancée
importante pour observer en temps réel le fonctionnement des nanomachines biologiques telles que les
chaperonnes, peptidases ou moteurs moléculaires.
J Am Chem Soc, 131(10) : 3448-9 / Contact : Jérome Boisbouvier (LRMN)
Les pili, une cible potentielle pour un nouvel antibiotique
Les mécanismes de la biogénèse des pili du pneumocoque ont été décryptés par trois laboratoires de
l’IBS (LIM, LMES et LPM). Les pili sont des attributs protéiques filamenteux situé en surface des bactéries
pathogènes leurs permettant d’adhérer aux cellules hôtes. Ces structures complexes constituent un atout pour les
bactéries dans le processus infectieux, notamment pour le pneumocoque dont la pathogénicité est en partie
dépendante de la présence de ces pili. Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont effectué la caractérisation
fonctionnelle et structurale des pili du pneumocoque, déterminé les structures cristallographiques d’enzymes
impliquées dans leur biogenèse et étudié les fonctions de ces enzymes. Ils sont ainsi parvenus pour la première
fois à synthétiser in vitro des fibres mimant les pili du pneumocoque. Ces travaux confirment que les pili
représentent une cible thérapeutique potentielle pour le développement d’un nouvel antibiotique capable de lutter
contre cette bactérie responsable de plus de 1 600 000 morts chaque année, suite à des infections de type
pneumonies, septicémies et méningites. Structure, 16, 1838-1848 / Contact : Andréa Dessen (LPM)
Une protéine fluorescente destinée à l’imagerie du corps entier
Un chercheur de l'IBS a participé, au sein d’un laboratoire de l'Université de Californie (San Diego), à la mise au
point d'une protéine fluorescente utilisable en imagerie du corps entier. Si la GFP (green fluorescent protein) a
révolutionné la biologie cellulaire, elle n’a connu qu’un succès limité en imagerie du corps entier, car les tissus
riches en hémoglobine et oxy-hémoglobine absorbent très fortement la lumière en-dessous de 650 nm, soit des
UV jusqu'au rouge. En revanche, entre 650 et 900 nm, il existe une fenêtre optique dans laquelle il est possible de
faire de l'imagerie de fluorescence sur un animal. Afin de se placer dans cette fenêtre, les chercheurs ont fait
évoluer, par mutagenèse dirigée (technique permettant l’introduction volontaire de mutations dans l’ADN), une
version tronquée d'un phytochrome (photorécepteur capable de percevoir la lumière rouge) de Deinoccus
radiodurans. L'imagerie par tomographie de fluorescence de souris dont le foie a été infecté par un adénovirus
exprimant cette protéine fluorescente dans l'Infrarouge a démontré le potentiel de ce nouveau marqueur.
Science, 324: 804-807 / Contact : Antoine Royant (LCCP)
Mieux comprendre la fonction des protéines : l’apport de la RMN
Après l'élucidation de la structure tridimensionnelle d'un grand nombre de protéines, l'attention de la communauté
scientifique se tourne maintenant vers la caractérisation de leur fonction biologique et la description de leur
multitude d’interactions. Dans ce contexte, le groupe Flexibilité et Dynamique des Protéines a développé une
nouvelle approche, basée sur l’utilisation de la spectroscopie RMN et sur les couplages dipolaires résiduels
(reflètent l’interaction à travers l’espace entre deux atomes), pour étudier et comprendre l'importance de la
flexibilité moléculaire dans les interactions protéine-protéine à l'échelle atomique. S’intéressant à l’ubiquitine
(protéine présente dans toutes les cellules) les chercheurs ont ainsi pu, d’une part, déterminer comment elle
forme un complexe avec une protéine partenaire via des interactions faibles et, d’autre part, observer ces
mouvements propres lorsqu’elle n’interagit pas avec un partenaire. Si elle apparaît globalement rigide sur les
échelles de temps allant de la nano à la milliseconde, en revanche quelques boucles de surface de la protéine
montrent des mouvements internes permettant à l’ubiquitine de prendre, même en l’absence de son partenaire,
un grand nombre de conformations (structure d’une protéine en trois dimensions), dont certaines sont nécessaires
à la formation du complexe avec son partenaire. Ces résultats ont fait l’objet d’un News and Views dans le
numéro de juin de Nature.
Angewandte Chemie, 48(23) : 4154-57, Nucleic Acids Res., 37(9) : e70 / Contact : Martin Blackledge (FDP)

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Synthèse sur les enzymes les plus vieilles du monde
Pour saluer leur expertise dans le domaine, la revue Nature, dans sa rubrique Insight review, a demandé
à des chercheurs du Laboratoire de cristallographie et cristallogenèse des protéines (IBS/LCCP) de rédiger un
article de synthèse sur les métalloenzymes, une classe de protéines capables de métaboliser différents gaz chez
des organismes anaérobies (i.e. capable de vivre dans un milieu dépourvu d’oxygène). L’équipe, ayant
notamment fait progresser la connaissance des rapports entre structure et fonction, y décrit donc plusieurs
enzymes métabolisant des gaz tels que l’hydrogène (H2), le monoxyde et dioxyde de carbone (CO, CO2) ou le
méthane (CH4) et met ces données en perspective pour tenter de définir le lien qui unit ces protéines à la chimie
des origines de la vie. En effet, l’une des hypothèses sur les origines de la vie postule que le métabolisme
primordial s’est développé dans des conditions extrêmes de température et dans une atmosphère riche en H2, CO
ou CO2. Or, les organismes qui se développent actuellement dans de telles conditions (fumeurs noirs, sources
thermales…) le font essentiellement grâce à l’énergie obtenue à partir des métalloenzymes.
Nature, 460 (7257): 814-22 / Contact : Juan Carlos Fontecilla (LCCP)
Infertilité masculine : un nouveau mode de lecture du code des histones
Les scientifiques grenoblois de l’IBS, du Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) et de
l’Institut Albert Bonniot ont étudié les secrets de la rapidité des spermatozoïdes. Cette dernière étant cruciale pour
la fertilité, les spermatozoïdes ont développé des stratégies pour acquérir un hydrodynamisme exceptionnel. Dans
les cellules, l’ADN est une molécule longue et encombrante. Par commodité, il est conditionné en une structure
complexe appelée chromatine dans laquelle les longs brins d’ADN s’enroulent autour de protéines, les histones.
Ces protéines sont marquées par des étiquettes chimiques qui agissent comme un code dirigeant les
changements de structure de la chromatine. Avec ces travaux, les chercheurs ont montré comment la protéine
Brdt reconnaît ces étiquettes pour diriger le reconditionnement de l’ADN du sperme et mis en évidence une
nouvelle façon de lire le code des histones. Ces recherches devraient permettre de mieux comprendre certains
problèmes rencontrés lors du développement des spermatozoïdes et d’identifier comment cette protéine est
impliquée dans l’infertilité masculine. Nature, 461(7264): 664-8 / Contact : Carlo Petosa (MMIP)
Division du pneumocoque : structure d’un assemblage de protéines jouant un rôle central
Le Laboratoire d'ingénierie des macromolécules de l'IBS a déterminé la première structure en solution
d'un complexe, constitué de trois protéines, jouant un rôle central dans le processus de division d'une bactérie
pathogène : le pneumocoque. Ces travaux qui ont largement fait appel aux ressources du Partenariat pour la
biologie structurale de Grenoble, ouvrent la voie vers une compréhension détaillée des mécanismes moléculaires
de la division bactérienne et, à terme, vers la mise au point de nouveaux antibiotiques.
J Biol Chem, 284 : 27687-700 / Contact : André Zapun (LIM)
Protéines et sucres s’allient contre le VIH
Des chercheurs de l’IBS en collaboration avec l’Institut Pasteur et l’Université d’Orsay ont développé une
nouvelle molécule appelée mCD4-HS, capable de bloquer l’entrée du VIH dans les cellules. Association originale
entre un peptide (mCD4) et un oligosaccharide d’Héparane Sulfate (HS), cette molécule, lorsqu’elle entre en
contact avec l’enveloppe du virus, induit d’importants changements structuraux et inhibe simultanément
l’ensemble des sites de liaison nécessaires au VIH pour s’attacher à sa cible cellulaire. Bloqué à l’extérieur, le
virus est alors incapable de se multiplier. Des activités antivirales très élevées ont été obtenues in vitro sur
plusieurs souches de virus. Cette molécule dont la synthèse et le mécanisme d’action sont parfaitement maitrisés
a de nombreux avantages, et sera prochainement l’objet de tests in vivo.
Nature Chem Biol , 5, 743-748 / Contact : Hugues Lortat-Jacob (LEM)
Comment une protéine fluorescente change t-elle de couleur ?
Des chercheurs Laboratoire de cristallographie et cristallogenèse des protéines (IBS/LCCP) viennent de
décrypter le mécanisme permettant à une protéine fluorescente « photoactivable » de changer de couleur. Les
protéines fluorescentes de la famille GFP sont extrêmement populaires car ce sont d’excellents marqueurs pour
l’imagerie cellulaire. Ces dernières années de nouvelles protéines fluorescentes, dites photoactivables, ont été
développées dont les propriétés de fluorescence changent en fonction des conditions selon lesquelles elles sont
illuminées. Parmi ces protéines, EosFP émet de la fluoresce normalement verte, mais lorsqu’on l’illumine avec de
la lumière violette, sa fluorescence devient rouge. Ce mécanisme de photo-conversion implique la cassure de la
chaîne peptidique de la protéine par un mécanisme jusqu’à ce jour mal compris. En utilisant une modélisation de
la protéine et les structures cristallographiques des états verts et rouges de EosFP, les chercheurs ont décrit les
différents états d’excitation par lesquels passe la protéine, aboutissant à la cassure de la chaîne peptidique et à
l’émission de fluorescence rouge. Ce travail permet d’envisager le développement de variants améliorés pour
obtenir des images de cellules vivantes avec une résolution nanomètrique.
J Am Chem Soc., 131(546) :16814-23 / Contact : Martin Field, Dominique Bourgeois (LDM et LCCP)