___________________________________________________ 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 Nom et Qualité du Responsable du Stage : Martin WEIK Responsable : Martin WEIK HDR (oui ou non) : Oui Adresse :.Institut de Biologie Structurale – 41 rue Jules Horowitz – 38027 Grenoble Cedex 1 Tél : 04-38-78-95-68 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 1 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 2