Structure et fonction de complexes du ribosome humain – HumanRibosome

Le ribosome est une machinerie moléculaire composée de deux sous-unités composées d'ARN et de protéines. La petite sous-unité est responsable du décodage des ARN messagers alors que la grande catalyse la formation de liaisons peptidiques. L'obtention de diverses structures de ribosomes pro- et eucaryotes a apporté des informations importantes sur le mécanisme de la synthèse protéique. Notre objectif est d'étudier le ribosome humain et les mécanismes moléculaires associés qui sous-tendent la régulation et les dysfonctionnements de la synthèse protéique. De nombreux antibiotiques ciblent le ribosome bactérien en interférant avec différentes étapes (initiation, élongation, terminaison et autres mécanismes régulateurs), ce qui soulève des problèmes de sélectivité car les sites de fixation de ces antibiotiques sont largement conservés entre les ribosomes humains, bactériens et mitochondriaux. En dehors du problème bien connu de la résistance croissante des bactéries aux antibiotiques, un autre aspect important mais moins considéré est la dérégulation de la synthèse protéique qui est impliquée dans de nombreuses pathologies humaines comme les maladies immunes, la neurodégénération et le cancer. Ainsi, les cellules humaines présentant une élévation anormale de la synthèse protéique peuvent représenter des cibles intéressantes pour de nouvelles applications thérapeutiques. Un concept fondamental de ce projet est que la genèse de nouvelles thérapeutiques ciblant le ribosome humain devrait permettre de moduler (plutôt que de bloquer entièrement) la synthèse protéique en agissant de façon différentielle sur la machinerie de traduction. De ceci découlent deux applications potentielles: 1) la réduction des effets secondaires des antibiotiques actuels par l'amélioration de leur spécificité et à l'opposé 2) le développement de nouvelles molécules ciblant le ribosome humain pour affecter spécifiquement la synthèse protéique élevée des cellules dérégulées.
Jusqu’à présent il n'était pas possible d'envisager une étude au niveau moléculaire de l'action de ligands sur les fonctions du ribosome humain car la structure de ce dernier n'était pas connue, mais ceci a changé de façon drastique par l'obtention récente de la première structure à haute résolution du ribosome humain en utilisant la cryo-microscopie électronique (cryo-ME) à haute résolution (partenaire 1: Khatter et al., Nature 2015). Notre stratégie de recherche consiste à combiner la connaissance et la capacité à déterminer la structure de complexes du ribosome humain par cryo-ME (partenaire 1, Bruno Klaholz) avec des essais fonctionnels de ligands potentiels sur des lignées cellulaires humaines (partenaire 2, Jean-François Peyron). Notre but est d'analyser la base moléculaire de la fixation de ligands et leur mécanisme d’action pour caractériser le ribosome humain comme cible potentielle et pouvoir dans l’avenir envisager la conception de nouveaux ligands. Les relations structure-fonction du ribosome complexé avec des ligands et également des facteurs protéiques afin d’appréhender le mécanisme moléculaire sera étudié par une approche de biologie intégrative impliquant des méthodes de biologie structurale d'avant-garde comme la cryo-ME à haute résolution (structure en cours dans la gamme des 2.5 Å résolution, ouvrant des possibilités inédites pour l’étude du ribosome humain et de ses complexes fontionnels avec ligands, mRNA, tRNA et facteurs ribosomaux) et des approches de biologie cellulaire & études fonctionnelles. Ce projet innovant va générer de nouvelles opportunités en recherche fondamentale et en médecine translationnelle, en parfaite adéquation avec les thèmes Life, Health and Well-being du PRC pour aborder les mécanismes moléculaires de la biologie avec un fort potentiel de recherche et d’innovation en recherche médicale, contribuant à terme au développement de nouvelles applications thérapeutiques qui pourront être transférées vers des partenaires académiques ou pharmaceutiques.