Sondes chimiques génétiquement encodées pour l'étude des canaux-ioniques activés par les ligands – ChemProbe

La synapse chimique est au cœur de la communication entre cellules nerveuses. Les canaux-ioniques activés par les ligands, responsables de la transmission synaptique rapide, ont été découvert il y a plus de quarante ans et ont toujours suscité un vif intérêt en neuroscience. Outre leur rôle central dans le fonctionnement du système nerveux, les récepteurs-canaux sont également des cibles d’intérêt thérapeutique car un dysfonctionnement de ces protéines est associé à de nombreuses maladies neurologiques et psychiatriques. Malgré des avancées récentes significatives, notre connaissance de l’architecture moléculaire, des changements conformationnels, des interactions et du « trafficking » des récepteurs-canaux reste très parcellaire, en partir due à la limitation des approches actuelles de structure-fonction.

Nous proposons de mettre au point une stratégie originale pour l’étude de la structure et de la dynamique conformationnelle et cellulaire des récepteurs-canaux. Le développement méthodologique clé se fera autour d’une innovation biotechnologique récente dont le porteur de ce projet a acquis une grande expertise : la mutagenèse dirigée d’acides aminés non-naturels (ou UAAs pour « unnatural amino-acids »). Le projet portera sur deux aspects essentiels de cette technologie : 1) la démonstration de la faisabilité d’incorporer divers UAAs dans deux types de récepteurs-canaux, les récepteurs excitateurs de type NMDA et les récepteurs inhibiteurs de type GABA-A et 2) l’identification de nouvelles propriétés structurales et dynamiques de ces récepteurs. Ces développements feront appel à des expertises multiples, alliant chimie, électrophysiologie et imagerie cellulaire à haute résolution. La combinaison de ces approches permettra d’aborder la biologie des récepteurs-canaux sous des aspects multiples.

Le projet est subdivisé en une série de tâches clairement définies et qui visent à l’incorporation de deux sortes d’UAAs dans les récepteurs-canaux : des UAAs photoréactifs ; et des UAAs qui puissent servir d’attaches moléculaires pour la conjugaison de sondes fluorescentes. Nos buts sont : 1) d’identifier des éléments structuraux jouant un rôle central dans la régulation de l’activité des récepteurs-canaux grâce à un approche nouvelle de photo-pontage ; 2) de construire des récepteurs-canaux qui peuvent être directement activés par un stimulus lumineux, et 3) d’imager des récepteurs-canaux dans leur environnement natif à l’aide de techniques d’imagerie de fluorescence à haute résolution (microscopies de corrélation de fluorescence et de reconstruction optique stochastique) afin de comprendre leurs propriétés de « trafficking » et de diffusion membranaire. L’implémentation de ces différentes approches devrait non seulement accroitre notre connaissance des récepteurs-canaux, mais également élargir les moyens d’étude de multiples autres récepteurs membranaires. Enfin, dans le but de démontrer encore plus avant le grand potentiel de l’approche UAA, nous proposons également d’intégrer dans le projet un aspect centré autour de l’identification de nouveaux ribozymes (ANRs catalytiques). Cette partie se fera dans le cadre d’une collaboration externe avec un chercheur de l’Université Paris-Sud (Institut de Génétique et Microbiologie).

L’équipe émergente, sous la responsabilité du porteur du projet, aura en charge tous les aspects-clé de chimie-biologie avec comme objectif central d’utiliser la technologie d’UAAs pour développer de nouvelles méthodes dans l’étude des récepteurs-canaux synaptiques, et plus généralement, dans le domaine des neurosciences. Enfin, en collaborant également avec des experts hors des neurosciences, ce projet devrait également promouvoir les applications de la technologie UAA à des problématiques variées de biologie.