stages_M2_physique_Weik_2009-2010

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Master de Physique ou de Nanosciences Nanotechnologie - UFR de Physique
Sujet de stage proposé
Laboratoire : Institut de Biologie Structurale Jean-Pierre Ebel
Directeur : Eva Pebay-Peyroula
Intitulé de l'équipe : Dynamique des protéines Responsable : Martin WEIK
Nom et Qualité du Responsable du Stage : Martin WEIK
HDR (oui ou non) : Oui
Adresse :.Institut de Biologie Structurale – 41 rue Jules Horowitz – 38027 Grenoble Cedex 1
Tél : [phone] Email : [email protected]
Spécialité MASTER (à choisir parmi Méthodes Physiques et Physicochimie (MPPC),
Nanophysique, Nanostructures (NN), Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement
(PMCR)):
MASTER MPPC
Titre du sujet : Santé publique et biologie structurale: dynamique structurale d'une enzyme en action
Objectifs visés du stage (5 lignes max) : Explorer la « personnalité dynamique » d’une enzyme « en
action » est l’objectif de ce stage. Les outils mis en œuvre à dessein seront la cristallographie aux rayons X
(statique et cinétique) au synchrotron de l'ESRF et la microspectrophotométrie (en solution et in crystallo).
Intérêts pédagogiques et compétences visées (5 lignes max) : Le stage vise à donner un aperçu du
monde de la biophysique structurale des macromolécules biologiques. Il se situe à l'interface entre la
physique, la biologie et la chimie.
Résumé : Les protéines sont les « ouvrières » du monde vivant. La compréhension détaillée de leur mode
d’action ouvre la porte vers une modulation plus fine de leur activité, par la conception rationnelle de
médicaments nouveaux ou plus puissants. Les biologistes structuraux étudient la structure des protéines à
l’échelle atomique, mais cela est insuffisant pour comprendre comment fonctionne une enzyme dans le
détail; en effet, c’est l’animation de celle-ci par des mouvements adaptés, spécifiques et recouvrant une
gamme de temps très large, qui lui confère in fine son activité.
Explorer la « personnalité dynamique » d’une enzyme « en action » est ainsi l’objectif de ce stage. Les
outils mis en œuvre à dessein seront la cristallographie aux rayons X (statique et cinétique) et la
microspectrophotométrie (en solution et in crystallo).
L’enzyme étudiée sera l’acétylcholinestérase (AChE), une actrice majeure de la neurotransmission
cholinergique. Le système cholinergique est en charge de la majeure partie des synapses neuro-musculaires,
ainsi que des fonctions cognitives (mémoire, jugement, langage,…) ; la fonction principale de l’AChE est la
dégradation très rapide du neurotransmetteur acétylcholine, ce qui permet de restaurer l’excitabilité
neuronale. En accord avec son rôle biologique essentiel, l’acétylcholinestérase est la cible d’un vaste
répertoire de molécules actives, parmi lesquelles des poisons, naturels (d-tubocurarine, fasciculine du venin
des serpents mamba) ou synthétiques (organophosphorés (OP) de type insecticides ou agents neurotoxiques
de guerre), mais aussi plusieurs médicaments utilisés dans la lutte anti-Alzheimer (30% des personnes âgées
de plus de 80 ans) ou le traitement des glaucomes et de la myasthénie. De fait, une meilleure compréhension
de la dynamique structurale de l’AChE, i.e. des déterminants moléculaires permettant la modulation de son
activité, représente un enjeu majeur pour la santé publique ; elle permettra, à terme, le développement de

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médicaments anti-Alzheimer plus adaptés, et donc plus efficaces, ainsi celui d’antidotes contre
l’intoxication aux organophosphorés (200000 morts par an).
La cristallographie cinétique est une variante de la cristallographie aux rayons X qui permet de filmer les
protéines en action, plutôt que de les photographier au repos. Elle repose sur l’utilisation d’astuces
expérimentales qui permettent de déclencher des changements conformationnels au sein d’une protéine
cristalline. L’outil principal sera le synchrotron européen (ESRF) à Grenoble, où seront menées à la fois les
expériences visant à la caractérisation structurale de l’enzyme, et celles visant à la compréhension de sa
dynamique (microspectrophotométrie d’absorption, de fluorescence, et Raman).
Approches & matériels utilisés (5 lignes max) : Les outils physiques mis en œuvre lors de ce stage seront
la cristallographie aux rayons X (statique et cinétique) et la microspectrophotométrie (en solution et in
crystallo). En parallèle, purification, caractérisation, manipulation et cristallisation d'une protéine seront
abordés.
Domaines de compétences souhaitées du candidat (3 lignes max): Physique, avec intérêt pour le
monde du vivant.
Le sujet peut-il donner lieu à une poursuite en thèse ? OUI
Dates du stage : Mars-Juin 2010