Découverte guidée par V-SYNTHES d’inhibiteurs des bromodomaines BET : une nouvelle stratégie antifongique cilbant Candida auris
De nouvelles stratégies antifongiques sont aujourd’hui indispensables pour lutter contre Candida auris, un « superchampignon » émergent multirésistant, à l'origine d’épidémies nosocomiales sévères et d’infections à taux de mortalité élevé. Nos études de preuve de concept réalisées sur Candida albicans et Candida glabrata ont démontré que les bromodomaines BET fongiques – des modules de liaison à la chromatine reconnaissant les histones acétylées – constituent de nouvelles cibles antifongiques prometteuses. Nous avons mis au point un ensemble d’outils moléculaires et cellulaires pour accélérer la découverte d’inhibiteurs des bromodomaines BET fongiques, comprenant des essais FRET pour le criblage de composés, des souches de Candida humanisées pour la validation de la spécificité de cible, ainsi que des tests NanoBiT permettant de suivre directement l’inhibition des bromodomaines BET dans des cellules fongiques.
Ce projet de thèse marque la prochaine étape translationnelle de notre programme de recherche. Il exploitera l’approche V-SYNTHES, une stratégie innovante de découverte et de conception de nouvelles molécules thérapeutiques guidée par l'IA, afin de développer des inhibiteurs BET hautement puissants ciblant C. auris. Ces inhibiteurs seront caractérisés par des analyses biophysiques, biochimiques et cellulaires, étudiés en co-cristallographie avec leurs bromodomaines cibles, puis validés pour leur activité spécifique dans C. auris ainsi que pour leur efficacité antifongique dans des modèles animaux d’infection. Ils serviront également à explorer les mécanismes d’émergence de la résistance aux inhibiteurs BET. Ce projet allie une stratégie antifongique originale à une approche méthodologique innovante, offrant un cadre de formation unique à la recherche interdisciplinaire et translationnelle.
Effets combinés de l’hypoxie et de la mécanique matricielle sur la physiopathologie de la fibrose pulmonaire
La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie chronique, incurable et mortelle, caractérisée par une altération de la barrière alvéolo-capillaire, un dépôt excessif de matrice extracellulaire (MEC), une hypoxie locale et une rigidité accrue du tissu pulmonaire. Ces modifications perturbent les interactions cellulaires et favorisent la transition vers un état pro-fibrosant. Ce projet de thèse vise à comprendre comment l’environnement mécanique (rigidité tissulaire) et chimique (hypoxie) influence le comportement des cellules pulmonaires (plasticité, phénotype) et leurs communications intercellulaires (paracrines et juxtacrines), en conditions in vitro contrôlées. Pour cela, des supports biomimétiques à rigidité variable seront développés, adaptés à la co-culture des principaux types cellulaires de la barrière alvéolo-capillaire. L’étude portera sur la réponse cellulaire à la rigidité et à l’hypoxie, l’analyse du sécrétome, du protéome et l’impact de la communication cellulaire. L’objectif est d’identifier des facteurs pro-fibrosants mécano- et chimio-dépendants, afin de mieux comprendre les mécanismes de progression de la FPI et de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques et approches régénératives.
Etude de la dynamique structurale des photorécepteurs dépendants de la vitamine B12 dans la perspective d'applications biotechnologiques
Ce projet de biologie structurale intégrée vise à acquérir une compréhension mécanistique de la famille récemment découverte des photorécepteurs dépendants de la vitamine B12. Nous cherchons en particulier à visualiser les changements conformationnels des protéines lors de la photoactivation, depuis l'échelle photochimique (femtosecondes) jusqu'à l'échelle photobiologique (millisecondes-secondes). Pour ce faire, nous utiliserons la cristallographie et diffusion des rayons-X résolues en temps aux lasers à électrons libres (XFEL) et aux synchrotrons. En établissant le mode de fonctionnement de ces photorécepteurs B12 récemment découverts, nous ouvrirons la voie à leur modification rationnelle en vue d'une exploitation biotechnologique en tant que composants optogénétiques.
PtSeipin: un pont entre biogenèse et dégradation des gouttelettes lipidiques chez la diatomée Phaeodactylum tricornutum
Les microalgues regroupent une grande diversité d’organismes et suscitent un intérêt croissant en raison de leur capacité à produire des biomolécules d’intérêt industriel et biotechnologique. En particulier, elles peuvent accumuler de l’huile sous forme de gouttelettes lipidiques (LD, lipid droplets) en réponse à des stress abiotiques tels que la carence en azote. Cette accumulation d’huile représente un fort potentiel pour la production de biocarburants.
Nous avons récemment montré que l’inactivation du gène codant la Seipine, une protéine impliquée dans la biogenèse des LD, entraîne une forte accumulation d’huile chez la diatomée Phaeodactylum tricornutum. De plus, cette accumulation semble liée à une absence de dégradation des LD dans les mutants dépourvus de Seipine. Ces résultats suggèrent que, chez cette diatomée, les LD sont programmées pour être dégradées dès leur formation et que l’inhibition de la dégradation pourrait être une stratégie intéressante pour augmenter la production d’huile. Le présent projet vise à élucider les mécanismes de dégradation des LD et, plus particulièrement, les liens entre leur biogenèse et leur dégradation, ce qui permettra d'identifierde nouvelles cibles d'intérêt. Trois axes principaux seront développés :
1. Identifier les partenaires de PtSeipine impliqués dans la dégradation des LD, en combinant une approche ciblée (protéines candidates) et une approche globale (sans a priori).
2. Déterminer les mécanismes de dégradation des LD altérés dans les mutants PtSeipin KO, en combinant des observations en microscopie électronique avec des analyses transcriptomiques et protéomiques.
3. Comprendre l’utilisation que les microalgues font de l’huile lors de la phase de sortie de stress, à l’aide d’approches de fluxomique.
Développement d'une plateforme enzymatique modulaire pour la conception et la synthèse in silico de peptides thérapeutiques novateurs via le splicing de protéines
La montée de la résistance aux antimicrobiens (RAM) est devenue une épidémie lente, alimentée par la surutilisation des antibiotiques, conjuguée à un ralentissement dans la découverte de nouveaux agents antimicrobiens au cours des quatre dernières décennies. Pour faire face à cette crise urgente, il est nécessaire d’adopter une utilisation plus judicieuse des antibiotiques existants, tout en découvrant des médicaments innovants capables de surmonter la résistance des agents pathogènes. Dans ce contexte, l’immense volume de données génomiques générées dans l’ère des omiques a revitalisé l’intérêt pour les produits naturels, qui constituent une source précieuse de composés innovants. Parmi eux, les peptides naturels—aux propriétés chimiques uniques et diversifiées—sont particulièrement attractifs en tant que potentiels antibiotiques, agents anticancer ou inhibiteurs ciblant des processus pathologiques spécifiques.
L’objectif de cette thèse est de développer une plateforme enzymatique innovante, modulaire, permettant la conception et la synthèse in silico de peptides dotés d’une diversité chimique sans précédent. Au cœur de cette approche se trouve l’exploitation d'une réaction chimique unique : le splicing de protéines. Ce processus innovant permet une élimination ou une modification précise de séquences peptidiques spécifiques, offrant une base puissante pour générer des peptides hybrides avec des fonctionnalités sur mesure, y compris des agents thérapeutiques potentiels.
Ce projet intégrera des études structurales et fonctionnelles, la conception de peptides assistée par ordinateur, ainsi que l’ingénierie enzymatique, dans le but d’élargir la diversité chimique et fonctionnelle des molécules peptidiques. Le candidat retenu évoluera dans un environnement de recherche à la pointe de la technologie, doté d’installations de pointe et favorisant les opportunités de collaboration—encourageant ainsi des approches innovantes et des contributions significatives dans le domaine.
Stimulation magnéto-mécanique pour la destruction sélective de cellules cancéreuses de pancréas tout en épargnant les cellules saines.
Une nouvelle approche pour détruire les cellules cancéreuses est développée en collaboration entre le laboratoire de biologie BIOMICS et le laboratoire de magnétisme SPINTEC, tous deux au sein de l’IRIG. Cette méthode utilise des particules magnétiques dispersées parmi les cellules cancéreuses, mises en vibration à basse fréquence (1-20 Hz) par un champ magnétique rotatif. Ces vibrations induisent un stress mécanique sur les cellules, déclenchant leur mort (apoptose) de manière contrôlée.
L’effet a été démontré in vitro sur divers types de cellules cancéreuses (gliome, pancréas, rein) en culture 2D, ainsi que sur des sphéroïdes 3D (tumoroïdes) de cellules cancéreuses pancréatiques et des organoïdes de cellules saines. Les modèles 3D, plus proches des tissus biologiques réels, facilitent la transition vers des études in vivo et réduisent le recours aux modèles animaux. Les premiers résultats montrent que les cellules cancéreuses pancréatiques ont une plus grande affinité pour les particules magnétiques et sont plus sensibles au stress mécanique que les cellules saines, permettant une destruction sélective.
La prochaine étape consistera à confirmer cette spécificité dans des sphéroïdes mixtes (cellules cancéreuses et saines), à quantifier statistiquement ces résultats, et à élucider les mécanismes mécanobiologiques responsables de la mort cellulaire. Ces résultats prometteurs ouvrent la voie à une approche biomédicale innovante contre les cancers.
Régulation de l’expression des gènes par l’acétylation et la lactylation des protéines histones
Dans les cellules eucaryotes, l’ADN s’enroule autour de protéines histones pour former la chromatine. La modification dynamique des histones par diverses structures chimiques permet de réguler finement l’expression des gènes. Des altérations dans ces mécanismes complexes de régulation sont à l’origine de nombreuses maladies. L’acétylation des lysines d’histones est connue pour induire l’expression des gènes. D’autres structures peuvent être ajoutées sur les histones, dont les effets sur la transcription restent largement à élucider. La plupart d’entre elles, comme la lactylation découverte en 2019, dépendent du métabolisme cellulaire. Nous étudions cette nouvelle modification dans la spermatogenèse murine : ce processus de différentiation cellulaire constitue en effet un modèle de choix pour étudier la régulation de la transcription, du fait de changements spectaculaires dans la composition de la chromatine et dans le programme d’expression génique. Nous avons établi la distribution sur le génome de marques acétylées et lactylées sur trois lysines de l’histone H3. L’objet de cette thèse est de contribuer au déchiffrage du « langage histone », d’abord en étudiant le rôle des lactylations sur le programme transcriptionnel. Ensuite, la prédiction d'états chromatiniens sera raffinée en intégrant nos nouvelles données à de nombreuses données épigénomiques disponibles, au sein de modèles de réseaux de neurones.
Ajustement de structures moleculaires flexibles dans des films topographiques d'AFM a haute vitesse
La biologie structurale cherche à comprendre la fonction des macromolécules en déterminant la position précise de leurs atomes. Ses méthodes traditionnelles (cristallographie aux rayons X, RMN, microscopie électronique), bien qu’efficaces, offrent une vision statique des macromolecules, limitant l’étude de leur dynamique. Un nouveau paradigme émerge : la biologie structurale intégrative, combinant plusieurs techniques pour capturer, entre autre, la dynamique moléculaire. Cependant, malgré les améliorations apportées à la cristallographie sérielle femtoseconde, aux simulations de dynamique moléculaire et à la cryo-tomographie électronique, les méthodes actuelles peinent à atteindre l’échelle temporelle fonctionnelle (millisecondes à secondes).
L'avènement de la nouvelle microscopie à sonde à balayage, et en particulier, le développement récent de la microscopie à force atomique à haute vitesse (HS-AFM), permet d’observer des mouvements moléculaires à l’échelle de la milliseconde, mais manque de résolution atomique pour révolutionner la biologie structurale. L’objectif du sujet proposé est d’exploiter plus en avant l’utilisation de la HS-AFM en modélisant des structures atomiques détaillées au cœur des images obtenues. Les taches seront à la fois biophysique et informatique par l’amélioration de l’outils AFM-Assembly existant qui permet l’ajustement spatial direct de coordonnées atomiques de la molécule cible sous la topographie AFM. Le but est d’appliquer ce protocole à un nouveau type de données massives que sont les films topographiques obtenues par l’AFM à haute vitesse.
La thèse sera menée à l’Institut de biologie structurale de Grenoble, au sein du groupe Microscopie électronique et méthodes (MEM) de l’Institut de recherche interdisciplinaire de Grenoble (IRIG). Elle se fera en collaboration avec le laboratoire DyNaMo de Marseille, spécialisé dans l’acquisition de données haute vitesse en AFM, dans le cadre d'une demande de financement ANR commune.
L’intérêt scientifique du projet est majeur pour la biologie structurale intégrative moderne. Le grand défi scientifique des années à venir en biologie structurale est l’étude et l’analyse de la dynamique des molécules, afin de sortir du paradigme actuel (photographie instantanée) et de participer à l’émergence d’un nouveau paradigme (le film en temps réel).
Développement de biocapteurs interférométriques photo-imprimés sur fibres optiques multicoeurs pour le diagnostic moléculaire
Les fibres optiques sont des dispositifs peu invasifs couramment utilisés en médecine pour l'imagerie tissulaire in vivo par endoscopie. Cependant, à l'heure actuelle, elles ne fournissent que des images et aucune information moléculaire sur les tissus observés. La thèse proposée s'inscrit dans un projet visant à conférer aux fibres optiques la capacité d'effectuer des reconnaissances moléculaires afin de développer des biocapteurs innovants capables d'effectuer une analyse moléculaire en temps réel, à distance, in situ et multiplexée. Un tel outil pourrait apporter des progrès importants dans le domaine médical, et plus particulièrement dans l'étude des pathologies cérébrales pour lesquelles la connaissance de l'environnement tumoral, difficilement accessible par des biopsies classiques, est primordiale.
L'approche proposée repose sur l'impression par polymérisation à 2-photons de structures interférométriques à l'extrémité de chacun des cœurs d'un assemblage multifibre. Le principe de détection repose sur les interférences se produisant dans ces structures et leur modification par l'adsorption de molécules biologiques. Chacune des fibres de l’assemblage agira comme un capteur individuel et la mesure de l'intensité de la lumière rétro-réfléchie à l'extrémité fonctionnalisée permettra de rendre compte des interactions biologiques se produisant sur cette surface. Grâce à la modélisation du phénomène d’interférence, nous avons déterminé des paramètres pour optimiser la forme et la sensibilité des structures interférométriques (PTC InSiBio 2024-2025). Ces résultats ont permis l'impression et la caractérisation de la sensibilité de structures interférométriques sur mono-fibres. Les objectifs de la thèse sont de poursuivre cette caractérisation optique sur de nouveaux échantillons et de développer des méthodes de fonctionnalisation photo-chimiques originales afin de greffer plusieurs sondes biologiques à la surface des assemblages de fibres. Cette multi-fonctionnalisation permettra de réaliser une détection multiplexée, essentielle pour envisager une application médicale future. Selon l'avancement de la thèse, les biocapteurs seront validés au travers de la détection de cibles biologiques dans des milieux de plus en plus complexes pouvant aller jusqu'à un modèle de tissu cérébral.
Approches chémobiologiques pour la toxicologie des terres rares chez l’Humain
L’utilisation technologique des lanthanides s’est intensifiée dans des domaines aussi divers que les énergies renouvelables, l’informatique et la médecine. Leur utilisation croissante pose la question de leur impact sur l’environnement et la santé humaine. Cependant, peu d’études existent sur leur toxicité éventuelle et les mécanismes moléculaires qui la sous-tendent. Nous proposons une approche pluridisciplinaire pour répondre à ces questions, et notamment : (i) identifier les protéines impliquées dans la réponse cellulaire à l’exposition aux lanthanides ; (ii) identifier les protéines interagissant avec ces ions métalliques, en utilisant des outils chémobiologiques développées au laboratoire. Nous déterminerons ainsi les partenaires d’interaction de ces métaux critiques, leur effet sur les organismes vivants et les caractéristiques clés qui leur permettent de lier le métal. Nos résultats permettront d’étendre nos connaissances sur la toxicologie de ces métaux, peu étudiée, et d’informer les politiques de protection environnementale et humaine. Sur le long terme, la compréhension des mécanismes moléculaires des interactions métal-vivant permettra l’émergence de stratégies bio-inspirées pour leur extraction, leur recyclage et leur (bio)remédiation.