Modélisation de l’eau d’hydratation des protéines pour la diffusion aux petits angles – HYDROSAS

Le projet vise à étudier les propriétés structurales des couches d’hydratation des protéines en fonction de leurs propriétés physico-chimiques par de la diffusion de neutrons et rayons X aux petits angles (SANS et SAXS). Les deux rayonnements voient les atomes différemment (différent contraste entre eau et protéines) et peuvent distinguer des variations de densité de l’eau à proximité des protéines.

Le projet se trouve dans la phase de démarrage (6 mois) avec les premières expériences effectuées.

Une description améliorée de la couche d’hydratation des protéines va permettre de proposer des structures des complexes biomacromoléculaires avec plus de précision et comprendre leur fonctionnement au niveau moléculaire.

Le projet se trouve dans la phase de démarrage (6 mois) avec les premières expériences effectuées.

Cette proposition ANR JCJC a comme but de comprendre et de décrire la contribution de l’hydratation des protéines aux approches de modélisation des biomacromolécules qui utilisent la diffusion aux petits angles de neutrons et de rayons X (SAXS/SANS) en combinaison avec des modèles à haute résolution des sous-unités. Nous proposons une étude systématique et détaillée en enregistrant des données SAXS et SANS de trois familles de protéines qui varient en taille, état oligomérique et propriétés de charge de surface afin d’évaluer la contribution respective de l’eau d’hydratation par rapport aux structures nues, c'est-à-dire atomiques. L’objectif final de cette ANR JCJC est de proposer une corrélation entre les contributions de la couche d’hydratation et les propriétés moléculaires (rapport surface/volume, charge de surface etc) et de développer un logiciel qui puisse calculer et anticiper ces contributions pour n’importe quelle protéine (ou complexe de protéines) d’une manière plus précise et générale que les logiciels existants.

La dernière génération des logiciels permettant la modélisation des biomacromolécules combinent ces données SAXS/SANS avec de l’information provenant des techniques à résolution atomique (RMN, cristallographie). Ces programmes sont très ambitieux et visent à proposer des modèles quasi-atomiques des complexes. Un facteur très important qui limite la précision des ces modèles est l’influence de l’eau d’hydratation à la courbe de diffusion. Seulement un nombre limité de groupes au monde travaille sur ce défi important en ce moment.

Beaucoup de systèmes biologiques importants pour la traduction et la transcription ainsi que la traduction des signaux sont très difficilement accessibles par des techniques comme la RMN ou la cristallographie à cause de leur taille importante et/ou leur flexibilité. La combinaison de ces techniques avec la diffusion aux petits angles est ainsi devenue très populaire pour aborder des questions en biologie structurale dans les dernières années et le sera probablement d’avantage dans les 10 ans à venir. Par conséquent, il est très important pour une grande communauté biologique de fournir des outils précis et fiables pour la modélisation des ces systèmes complexes.

Ce projet ANR JCJC et le partenariat associé sont dans une position unique en France pour contribuer d’une manière significative au développement des approches en diffusion aux petits angles pour les raisons suivantes : i) le coordinateur est un spécialiste des petits angles de renommée internationale et a contribué au développement méthodologique des approches combinant SAXS/SANS et RMN, ii) les familles de protéines à étudier s’apprêtent d’une manière parfaite pour l’étude proposée en raison de leurs propriétés structurales variables (charge de surface, taille etc), iii) ces protéines sont caractérisées d’une manière excellente au sein du partenariat et leur biochimie et purification sont maîtrisés parfaitement, iv) la proximité et l’accès facile aux meilleurs instrument de monde SAXS/SANS à l’ILL et à l’ESRF sont un atout et permettront d’enregistrer des données de très bonne qualité.