Etude structurale des complexes de co-activation des récepteurs nucléaires par une approche de biologie structurale intégrative. – NRcoactiv

1-Contexte scientifique et objectifs du projet : La transcription eucaryote est un mécanisme fondamental de la régulation de l'activité des gènes avec d'importantes implications sur la santé humaine. La régulation ligand-dépendente de la transcription par les récepteurs nucléaires implique la formation transitoire de macro-complexes de grande taille. En effet, les complexes formés par des récepteurs nucléaires liés à des éléments de réponse sur l'ADN recrutent des complexes de protéines de co-activation afin de faciliter l'assemblage de la machinerie générale de la transcription sur le promoteur du gène cible. Ce projet a pour objectif d'une part de relever le défi que pose l'étude de l'architecture d'un récepteur nucléaire entier, et d'autre part de mettre en évidence les déterminants fonctionnels et structuraux de l'activation ligand-dépendante de la transcription par les protéines co-activatrices.

2-Description du projet, méthodologie : L'étude des macro-complexes impliqués dans la transcription requiert une approche intégrative incluant la biologie moléculaire, la bio-physique, la bio-informatique et la biologie structurale. Cette dernière comprend diverses techniques alliant des approches différentes et complémentaires de ces systèmes macromoléculaires, notamment la cryo-microscopie électronique (cryo-ME) permettant la reconstruction tri-dimensionnelle de molécules isolées, la diffusion aux petits angles (SAXS) de complexes en solution et la cristallographie permettant une vision plus détaillée des interactions protéines-protéines et protéines-ADN et leur implications sur les mécanismes moléculaires de régulation ligand-dépendante. En s'appuyant sur les facilités offertes par les plates-formes de clonage et de cristallisation mises en place à l'IGBMC, nous envisageons la purification, la caractérisation et l'étude structurale de complexes macromoléculaires de co-activation basés d'une part sur des récepteurs nucléaires humains et leurs protéines co-activatrices et d'autre part sur des récepteurs nucléaires et co-activateurs d'insectes, ceux-ci représentant un système modèle simplifié de la transcription. L'étude structurale par cryo-ME mettra en œuvre des techniques de pointe développées au sein de l'équipe coordinatrice de ce projet, notamment pour le traitement d'images et la reconstruction 3-D des complexes. La faisabilité du projet est assurée par deux percées récentes réalisées au sein de l'IGBMC, notamment la purification d'un récepteur nucléaire entier et la cryo-ME de ce complexe. Afin d'optimiser l'interprétation détaillée, la résolution des structures obtenues par cryo-ME sera poussée aux limites en utilisant un microscope électronique à haute résolution et en traitant de grands jeux de données d'images.

3-Résultats attendus : La dynamique des assemblages macro-moléculaires et les conformations structurales des complexes de co-activation pourront être étudiées grâce aux modèles moléculaires obtenus par recalage des structures cristallographiques correspondant aux domaines individuels des récepteurs nucléaires et de l'ADN dans des structures des complexes entier déterminés par SAXS et/ou par cryo-ME. Ainsi, l'étude structurale et fonctionnelle des complexes de co-activation permettra de révéler l'architecture de l'unité fonctionnelle entière des récepteurs nucléaires complexés à des éléments de réponse différents et d'évaluer les effets de ligands thérapeutiques (synthétisés et fournis par des collaborateurs industriels) sur les mécanismes moléculaires de l'activation transcriptionnelle.