CE29 - Chimie : analyse, théorie, modélisation

Une méthode intégrative pour déterminer les mouvements nanométriques des protéines désordonnées – NANO-DISPRO

Nous proposons une nouvelle approche, intégrant la résonance magnétique nucléaire, la résonance paramagnétique électronique et les simulations de dynamique moléculaire pour démêler les mouvements des protéines désordonnées.
En plus de la RMN de pointe à haut champ, nous utiliserons la relaxométrie à haute résolution pour étudier les mouvements des protéines.

Nous avons étudié par RMN la région désordonnée de la protéine Artemis, seule et en complexe avec la Ligase IV (en cours). Nous avons étudié une autre protéine par RMN, attribué ses résonances et analysé ses interactions.
L'analyse des données de relaxation paramagnétique avec les simulations de dynamique moléculaire a été initiée.
Les expériences de RPE ont été planifiées et les constructions des protéines préparées.

Dans les 15 mois qui viennent, nous allons obtenir des données de RMN paramagnétique, de RPE, de SAXS et de dynamique moléculaire sur les systèmes étudiés. Il s'agit du coeur du projet. Nous arriverons ensuite à la réalisation de l'objectif de l'ensemble de ces données: l'intégration dans une description cohérente et à haute résolution des mouvements nanométriques.

Nous avons publié deux articles pour le moment. L'essentiel du projet est en cours de réalisation chez les 4 partenaires.

Résumé de soumission

Les protéines et régions intrinsèquement désordonnées (IDPRs) ont remis en cause des approches conventionnelles de la chimie physique des processus biologiques. Les IDPRs augmentent le rayon d’action des systèmes biomoléculaires en les projetant sur des distances nanométriques et les engageant dans des interactions multiples. Des méthodes pour caractériser la géométrie et les échelles de temps de ces mouvements nanométriques à haute résolution font défaut.

Nous développerons une nouvelle approche pour caractériser les mouvements nanométriques dans les IDPRs avec une résolution atomique. Nous exploiterons les synergies entre RMN paramagnétique, résonance paramagnétique électronique (RPE) et simulations de dynamique moléculaire (DM). Une série d’innovations méthodologiques sera développée dans chacun de ces champs : (1) nous nous attaquerons à un verrou technologique qui bloque actuellement l’interprétation quantitative des effets de relaxation des spins nucléaires dus à l’interaction avec les spins électroniques par des mesures sur la vaste gamme des champs magnétiques les plus pertinents grâce à l’emploi d’un système navette unique combiné à l’emploi de hauts champs. (2) Nous réduirons des défauts critiques des champs de forces de dynamique moléculaire appliqués aux protéines désordonnées en améliorant directement les champs de force et en développant un nouveau protocole de sélection de trajectoires grâce à des contraintes expérimentales. (3) Les informations complémentaires fournies par la RMN paramagnétique et la RPE seront employées dans une analyse quantitative originale grâce à des simulations de dynamique moléculaire afin de nous donner accès à une description sans précédent de la cinétique et des chemins conformationnels des mouvements nanométriques des IDPRs avec une résolution atomique.

Ces méthodes seront mises en œuvre sur une série d’IDPRs impliquées dans la jonction d’extrémités non-homologues de l’ADN (NHEJ) : la longue région désordonnée de l’enzyme Artemis ainsi que les IDPRs des protéines échafaudage et de régulation XLF et XRCC4. Ce projet s’appuie sur un consortium très complémentaire, réunissant des spécialistes de la méthodologie et de l’instrumentation en RMN, de la RMN des IDPs, des simulations de dynamique moléculaire, de la RPE des protéines et de la biologie du NHEJ. Le projet NANO-DISPRO construira ainsi de nouveaux outils pour comprendre les principes cinétiques et thermodynamiques qui sous-tendent la fonction des IDPRs.

Coordinateur du projet

Monsieur Fabien Ferrage (Laboratoire des biomolécules)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LBM Laboratoire des biomolécules
IBS INSTITUT DE BIOLOGIE STRUCTURALE
BIP Bioénergétique et ingénierie des protéines
CNRS DR12 _CRCM Centre National de la Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse _Centre de recherche en cancérologie de Marseille

Aide de l'ANR 617 254 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2018 - 48 Mois

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