Etudes par résonance magnétique nucléaire du rôle du désordre dans les voies de signalisation cellulaire MAPK – NMRSignal

Au cours de la dernière décennie, la biologie structurale classique a connu une transition vers un paradigme plus dynamique avec la découverte qu’une protéine peut être fonctionnelle en l’absence d’une structure tridimensionnelle stable. On estime qu'une fraction importante (jusqu'à 40%) des protéines codées par le génome humain sont intrinsèquement désordonnées ou contiennent des régions désordonnées de longueur importante (> 50 acides aminés). Des études bioinformatiques ont montré que les protéines impliquées dans la signalisation cellulaire sont celles ayant le plus haut niveau de désordre dans le génome humain. Dans ce projet, nous nous focaliserons sur le rôle du désordre intrinsèque dans les voies de signalisation MAPKs (mitogen-activated protein kinases), composantes essentielles du réseau de transduction du signal eucaryote qui permettent aux cellules de répondre de manière appropriée aux stimuli extracellulaires.
Il est de plus en plus clair que les protéines intrinsèquement désordonnées (PIDs) jouent un rôle clef dans la spécificité de signalisation dans les voies MAPK en assurant l’assemblage des kinases en complexes de signalisation hautement flexibles. Au sein de ces complexes, les kinases peuvent être phosphorylées de manière efficace, sans réactivité croisée avec des voies voisines. Jusqu'à récemment, ces complexes ont échappé à une caractérisation structurale en raison de leur nature très dynamique. Dans ce projet, nous éluciderons les bases moléculaires de la spécificité de signalisation dans les voies MAPK en développant des outils expérimentaux et analytiques pour caractériser l’assemblage, la structure, la dynamique, la stœchiométrie et l’affinité des complexes de signalisation. En particulier, nous nous focaliserons sur les interactions protéine-protéine qui contribuent à la spécificité de signalisation dans la voie JNK (c-Jun N-terminal kinase). Cela comprendra la caractérisation à résolution atomique des protéines intrinsèquement désordonnées, l’étude des interactions avec des kinases apparentées ou non-apparentées, la cartographie des modifications post-traductionnelles dans les domaines désordonnés, ainsi que des études de l'assemblage de plusieurs kinases en grands complexes de signalisation.
Pour atteindre ces objectifs, nous utiliserons la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) qui permet de caractériser les PIDs et leurs mécanismes d’interaction à résolution atomique, en combinaison avec nos approches informatiques précédemment développées, qui permettent de décrire le comportement conformationnel des PIDs par des ensembles de structure à partir des données expérimentales de RMN. En outre, nous appliquerons d’autres techniques expérimentales complémentaires comme la cristallographie aux rayons X pour obtenir des structures cristallines des complexes impliquant des PIDs et la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) pour cartographier l’espace conformationnel accessible à ces complexes hautement dynamiques.