Etude du mécanisme de photoactivation de la protéine caroténoïde orange par cristallographie femtoseconde en série résolue dans le temps

La protéine caroténoïde orange (OCP) est une protéine photoactive impliquée dans la photoprotection des cyanobactéries. Récemment, un mécanisme de photoactivation a été proposé, dans lequel l'état S2 initialement excité produit plusieurs états excités caractérisés par des durées de vie distinctes (ICT, S1, S*), mais aucune confirmation structurale n’a pu être apportée à ce jour. Un seul de ces états excités est le précurseur de l'état biologiquement actif de l’OCP, formé à l’échelle de la seconde. Afin de comprendre le mode d’action de l’OCP, nous proposons de la « filmer en pleine action », grâce à la cristallographie résolue en temps. Spécifiquement, nous proposons de caractériser les structures des états intermédiaires formés de l’échelle de la femtoseconde à la milliseconde, en réalisant une expérience de cristallographie résolue en temps ultra-courts. Cette expérience rééquerrera l’utilisation d’un laser à électrons libres (XFEL). Parallèlement, nous utiliserons la nouvelle ligne de lumière ID29 de l’ESRF, dédiée à la cristallographie résolue en temps, pour déterminer les structures des états intermédiaires se formant ultérieurement, de l'échelle de la milliseconde à la seconde. Notre projet de biologie structurale intégrée permettra de visualiser les changements conformationnels subis par l’OCP lors de sa photoactivation, de l'échelle photochimique (centaines de femtosecondes) à l'échelle photobiologique (secondes). Il ouvrira ainsi la voie à une compréhension détaillée du mécanisme de photoactivation et à l’exploitation de l’OCP en optogénétique ou comme « fusible moléculaire » dans les systèmes photosynthétiques biomimétiques.

Décryptage à résolution atomique du paysage énergétique complexe de la chaperone humaine HSP90 à l'aide d'outils de RMN et d'IA avancés.

HSP90 est une chaperonne humaine impliquée dans le repliement d'une grande variété de protéines clientes, y compris de nombreuses protéines oncogènes. Cette machinerie moléculaire complexe est connue pour avoir des réarrangements conformationnels massifs tout au long de son cycle fonctionnel. La cristallographie aux rayons X et la cryoEM ont fourni des structures instantanées à haute résolution de cette machine humaine en complexe avec des co-chaperones et des protéines clientes, mais n'ont pas réussi à fournir les informations cinétiques et résolues dans le temps nécessaires à une compréhension complète de son mécanisme. Nous prévoyons d'utiliser des expériences de RMN combinées à un nouvel outil d'analyse amélioré par l'IA pour obtenir une image détaillée du paysage énergétique de cette cible médicamenteuse importante. Ce projet permettra d'obtenir des informations structurales sur les différents états excités de HSP90 et la dynamique conformationnelle entre ces états. En collaboration avec l'industrie pharmaceutique, nous exploiterons cette nouvelle approche pour révéler comment les ligands peuvent moduler le paysage énergétique et la population des différents états fonctionnels. Ces informations seront particulièrement utiles pour la conception de nouveaux médicaments capables de bloquer la chaperone HSP90 dans un seul état, une étape importante vers le développement de médicaments plus spécifiques et plus efficaces.

Dynamique et désordre molèculaire dans la machinerie de réplication du virus SRAS CoV 2

La nucléoprotéine (N) du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) est essentielle à la réplication du génome, à l'encapsidation du génome viral et à la régulation de la transcription des gènes. Le domaine central désordonné est essentiel à la fonction de cette protéine hautement dynamique, contenant un certain nombre de mutations importantes qui sont responsables d'une meilleure activité virale, et comprenant une région qui est hyperphosphorylée pendant le cycle viral. La spectroscopie RMN est l'outil de choix pour étudier le comportement conformationnel des protéines intrinsèquement désordonnées, une classe abondante de protéines qui sont fonctionnelles sous leur forme désordonnée. Elles représentent 40 % du protéome et sont trop dynamiques pour être étudiées par cristallographie ou microscopie électronique. Le laboratoire hôte a développé un grand nombre d'outils uniques basés sur la RMN pour aider à comprendre la fonction de cette classe de protéines à une résolution atomique. Nous utiliserons la RMN, la RMN paramagnétique, la diffusion aux petits angles, le FRET à molécule unique et la microscopie électronique, en combinaison avec la simulation de la dynamique moléculaire, pour décrire les interactions de N avec les protéines partenaires virales et l'ARN viral. Les modifications post-traductionnelles, en particulier la phosphorylation, jouent un rôle fonctionnel important, qui reste mal compris. Nous étudierons l'impact de la phosphorylation sur la dynamique conformationnelle et établirons un lien avec les modifications de la fonction. Les résultats seront corrélés avec la microscopie optique et électronique, réalisée en collaboration.

Machinerie d'assemblage du site actif de l'hydrogénase à [FeFe]

Afin de répondre au problème de la crise climatique, l’humanité se doit de trouver rapidement des sources d’énergie renouvelables et décarbonées. Une solution prometteuse est l’utilisation du dihydrogène (H2), dont la production peut être réalisée grâce à des enzymes : les hydrogénases à [FeFe]. Ces dernières catalysent la réaction réversible d’oxydation du dihydrogène grâce à un site actif consistant en un complexe métallique désigné « H-cluster ». Sa biosynthèse est un processus complexe qui implique trois maturases : les protéines HydG, HydE et HydF. Même si ces dernières années, des progrès importants ont été réalisés, la compréhension complète de ce processus nous est encore inaccessible, du fait notamment de la complexité des réactions chimiques impliquées. C’est pour cette raison que nous souhaitons réaliser une étude structurale combinée à un suivi pas à pas de la réaction par spectroscopie pour identifier et caractériser les différents intermédiaires de la réaction d’une des enzymes clés du processus. Ce projet est une collaboration étroite entre deux équipes du CEA leaders dans l’étude des relations structure–fonction des métalloprotéines sensibles à l’oxygène. Le doctorant bénéficiera d’un environnement scientifique et technique idéale pour réaliser cet objectif, ceci étant particulièrement important dans la perspective du développement d’une économie de l’hydrogène.

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