CE11 - Caractérisation des structures et relations structure-fonctions des macromolécules biologiques

Etude des bases structurales du mécanisme d'activation des RCPG en utilisant des ligands photocontrôlables et la diffraction des rayons X. – SWITCH-ON

Résumé de soumission

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) représentent la plus grande famille de récepteurs membranaires. Ils jouent un rôle important dans la communication cellulaire et sont des cibles thérapeutiques majeures : plus de 40% des médicaments utilisés sont en effet des modulateurs de l’activé des GPCRs. Il existe 3 classes principales de récepteurs, les classes A, B et C. La première structure tridimensionnelle d’un récepteur de la classe C, le récepteur métabotropique du glutamate de sous-type 5 (mGlu5) a été décrite très récemment. Ces travaux ont mis en évidence que la liaison d’un agoniste entraine la réorganisation des modules qui composent le récepteur, à savoir le large domaine extracellulaire et le domaine à sept hélices transmembranaires (7TM). Cependant, les détails moléculaires du mécanisme d’activation du 7TM restent à élucider. Nous proposons d’analyser la dynamique structurale du 7TM du récepteur mGlu5 en combinant l’utilisation d’un ligand photocontrôlable et la cristallographie sérielle statique et résolue en temps.
Les ligands photocontrôlables sont des outils uniques, permettant d’explorer la dynamique structurale du mécanisme d’activation des RCPG. Ils contiennent en leur cœur un azobenzéne qui est capable d’adopter deux conformations, trans ou cis. La lumière permet de contrôler la transition entre les deux isomères, laquelle a lieu sur une échelle de temps très courte (ps). L’application de lumière ultraviolette (380 nm) favorise la conversion de l’isomère trans à cis, alors que la lumière verte (500 nm) permet le retour rapide de la molécule dans sa forme la plus stable, l’isomère trans. Nous utiliserons à dessein l’alloswitch-1, un antagoniste inverse, qui sous sa forme trans bloque totalement l’activation du récepteur mGlu5. L’isomère cis reste lié au récepteur mais est inactif, permettant la transduction du signal et l’activation de la protéine G. En considérant les deux conformations trans et cis de l’Alloswitch-1, nous avons émis l’hypothèse que l’isomérisation in situ induit des changements de conformation dans le 7TM qui déverrouillent la transduction du signal et permettent l’activation de la protéine G.
Nous utiliserons la biochimie des protéines membranaires, la cristallographie des protéines et la cristallographie sérielle statique et résolue dans le temps pour analyser les changements conformationnels induits par l’isomérisation de l’Alloswitch-1 au sein du domaine 7TM du récepteur mGlu5. Nos premiers et seconds objectifs seront de résoudre les structures tridimensionnelles du 7TM liés à l’isomère trans et à l’isomère cis de l’Alloswitch-1, respectivement. Notre troisième objectif sera de caractériser les changement conformationnels associés à la modulation allostérique du 7TM en utilisant la cristallographie sérielle résolue en temps. L’isomérisation de la conformation trans à cis de Alloswitch-1 sera déclenchée avec un laser pulsé et la diffraction collectée avec différents délais de temps. Enfin, notre dernier objectif sera de compléter ces analyses structurales par une étude de photopharmacologie de mutants du récepteur avec pour objectif de déterminer l’influence, sur l’affinité pour le ligand et/ou la transduction du signal, des acides aminés identifiés sur la base des structures.
Notre analyse de la dynamique structurale du 7TM récepteur mGlu5 offrira une nouvelle compréhension du mécanisme d’activation des RCPGs. Ce projet apportera aussi la première démonstration de la possibilité de réaliser une analyse de dynamique structurale à l’échelle atomique en combinant un ligand photocontrôlable contenant une entité azobenzène et la cristallographie en série. Enfin, mGlu5 est une cible thérapeutique reconnue pour des désordres neurologiques tels que le syndrome de l’X fragile. Nos travaux ouvriront des perspectives nouvelles pour la conception de ligands améliorés par la connaissance de la dynamique structurale du récepteur mGlu5.

Coordination du projet

Guillaume LEBON (Institut de génomique fonctionnelle)

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

IGF Institut de génomique fonctionnelle
IBS INSTITUT DE BIOLOGIE STRUCTURALE

Aide de l'ANR 435 823 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2021 - 36 Mois

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