– PROBIO

L'objet de ce projet est de développer une nouvelle approche de la structuration et la dynamique de peptides et de protéines, en combinant la spectrométrie de masse à hautes performances et des simulations de dynamique moléculaire ab initio. Son but est de sonder des propriétés vibrationnelles dans un domaine spectral, 100-1000 cm-1, qui reste largement inexploré pour les molécules biologiques. Mise à part la nouveauté de cette gamme spectrale, la spécificité et l'originalité de ce projet sont d'associer étroitement, des approches expérimentales et théoriques nouvelles, ce qui est essentiel à la pertinence de l'approche proposée. Les expériencesl sont basées au centre laser CLIO à Orsay, où une première internationale a été réalisée récemment par Maitre et al. avec le couplage d'un spectromètre de masse (SM) FT-ICR avec le laser à électrons libres (FEL), conduisant à la spectroscopie infrarouge (IR) d'ions gazeux à température ambiante. Ce couplage apporte une dimension nouvelle à la SM, en donnant des informations directes sur la structure moléculaire. Plusieurs applications réussies concernant de petites molécules biologiques ont déjà été décrites. L'installation au printemps 2006 au centre CLIO d'un spectromètre hybride FT-ICR de dernière génération, équipé d'un filtre quadripolaire et d'une source d'ions à nanospray, accroît le potentiel d'application à des biopolymères de masses jusqu'à environ 200 000. Pour des peptides de taille importante, la congestion spectrale devient un défi majeur dans la région des bandes amide I - amide III (1000-2000 cm-1), en phase gazeuse tout autant que ce qui est déjà bien connu en solution. De plus, de nombreux motifs d'importance biologique présentent des signatures vibrationnelles spécifiques hors de ce domaine. L'extension de la gamme spectrale proposée dans ce projet est donc fondamentale, d'autant plus que l'IR lointain reste difficile à exploiter en phases condensées. Notre projet implique donc l'extension du domaine spectral accessible au montage FT-ICR à CLIO vers l'IR lointain. Cependant, l'interprétation des spectres expérimentaux requiert un recours massif à la modélisation. Les calculs de chimie quantique utilisés jusqu'ici pour révéler la relation entre fréquences de vibration et structure moléculaire ne sont pas adaptés au domaine des basses fréquences, dans lequel l'approximation harmonique n'est plus valable. De ce fait, la dynamique moléculaire (MD) à température finie devient la seule approche théorique adaptée. M.P. Gaigeot et D. Borgis ont récemment montré que la MD de type Car-Parrinello, donne des spectres IR complets (position, forme et intensité des bandes) avec une excellente précision pour des peptides modèles. Cette approche s'est révélée particulièrement importante pour la description de dipeptides, présentant de multiples conformères à température ambiante, en relation avec des expériences FT-ICR à CLIO. Elle a également permis de reproduire les signatures IR expérimentales de modèles d'hélices a et de feuillets b, jusqu'à des octa-peptides. Pourquoi le domaine de l'IR lointain est-il si intéressant? Notre motivation principale n'est pas seulement de contourner le problème de la congestion spectrale du domaine 1000-2000 cm-1. Elle est principalement due au fait que l'IR lointain peut fournir des informations directes sur un grand nombre de motifs et groupes fonctionnels essentiels en biochimie, parmi lesquels (i) les structures secondaires régulières des peptides et des protéines telles que les hélices a et les feuillets b, dont les modes de squelette délocalisés sont spécifiques, (ii) les modifications post-traductionnelles, comme les phosphorylations, et (iii) l'environnement métallique dans les sites actifs ou structuraux de métalloprotéines. Les objectifs de ce projet sont donc de : 1) développer le montage expérimental FT-ICR/CLIO pour sonder efficacement la gamme de fréquences 100-1000 cm-1. Pour ce faire, nous proposons d'adapter les paramètres de la cav