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

Etude de motifs riches en proline au sein des protéines par RMN du fluor – FLUOPROLINE

Résumé de soumission

Les protéines intrinsèquement désordonnées (IDPs) représentent un tiers du protéome chez les eucaryotes et jouent un rôle important dans les processus de régulation et de signalisation cellulaire. Les séquences de ces protéines montrent une fréquence élevée de prolines, sous la forme de segments polyproline ou de sites de phosphorylation (Ser/Thr) -Pro. Actuellement, l'importance fonctionnelle des motifs riches en prolines (PRM) dans la régulation des fonctions biologiques n'est pas bien comprise. L'importance des propriétés conformationelles (plissement du cycle) et dynamiques (équilibre cis-trans) des prolines pour assurer ces fonctions est bien connue, mais la mesure de ces paramètres est difficile à l'échelle d'une proline individuelle. En effet, l'utilisation de la cristallographie ou de la cryo-microscopie électronique n'est pas adaptée aux protéines désordonnées. De plus, l'utilisation de la résonance magnétique nucléaire (RMN) est rendue difficile du fait de leur faible complexité et de l'absence de proton amide. L'objectif du projet FLUOPROLINE est de développer une approche expérimentale originale permettant de résoudre ce problème en incorporant des atomes de fluor sur des prolines au sein de PRM d'intérêt. La quasi absence de fluor dans le monde vivant ainsi qu'une excellente sensibilité pour l'observation RMN en font une sonde de choix pour observer la conformation et la dynamique des prolines, même au sein de milieux complexes. De plus, grâce à l'introduction de diverses stereoisomères de fluoroprolines, il est possible de faire varier ces propriétés de manière contrôlée pour observer les conséquences fonctionnelles.
Cette approche sera appliquée à l'étude des interactions entre le domaine SH3 de l'amphiphysine 2 (BIN1), une protéine impliquée dans les processus d'endocytose et dont le disfonctionnement conduit à des formes de myopathies. Les interactions entre ce domaine et les PRMs au sein de la dynamine (DNM2) sont au coeur des processus de régulation de la multimérisation de la dynamine dans l'endocytose.
Ce projet interdisciplinaire, à l’interface entre la chimie, la biologie structurale et la médecine translationnelle, regroupe deux équipes de l’IGBMC impliquées dans la biologie structurale (RMN: Bruno Kieffer) et la neurogénétique (Jocelyn Laporte) et deux équipes de chimie: celle de Vladimir Torbeev spécialisée en chimie des protéines à ISIS (Strasbourg) et celle de Bruno Linclau à l'Université de Southampton, spécialisée en chimie des organofluorés.
Le projet comprend quatre objectifs:
(i) La description des propriétés conformationnelles et dynamiques des prolines fluorées non commerciales, capables de stabiliser la conformation cis ou trans, ainsi qu'une des deux conformations liées au plissement du cycle, à l'aide de la RMN du fluor;
(ii) L'impact des modifications chimiques des PRMs (fluoration, phosphorylation) sur les interactions intra- et inter-moléculaires entre le domaine SH3 et les PRMs de BIN1 et DNM2;
(iii) La conception de peptides de haute affinité et spécificité capables de moduler l'interaction BIN1/DNM2;
(iv) Le développement d'approches expérimentales permettant l'observation de l'interaction BIN1/DNM2 dans un contexte cellulaire.
Outre les apports fondamentaux pour une compréhension du rôle spécifique des prolines dans les PRMs, le projet favorisera des développements méthodologiques intéressants la chimie des protéines de façon générale. La caractérisation de prolines fluorée présentant des propriétés moléculaires originales étendra la palette actuelle de peptides modifiés thérapeutiques. Les peptides modulant le complexe BIN1/DNM2 pourraient avoir des applications médicales et l'utilisation de fluoroprolines pourrait être étendue à une large gamme de peptides thérapeutiques. La forte implication de deux partenaires du projet dans la création de start-up en biotechnologie favorisera un transfert technologique efficace pour la conception de ces nouveaux médicaments.

Coordination du projet

Bruno KIEFFER (Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (UM 41 - UMR 7104 - UMR_S 1258))

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

University of Southampton / Department of Chemistry
ISIS_UNISTRA Institut de Science et d'Ingénierie Supramoléculaires (UMR 7006)
IGBMC Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (UM 41 - UMR 7104 - UMR_S 1258)
IGBMC Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (UM 41 - UMR 7104 - UMR_S 1258)

Aide de l'ANR 529 363 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2021 - 42 Mois

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