Infrarouge lointain et simulations de dynamique moléculaire pour une caractérisation intégrée de la dynamique structurale des protéines – FRIDaY

La dynamique structurale protéines participe de manière essentielle à la régulation cellulaire et son exploitation dans le processus de découverte de composés actifs se développe rapidement. Néanmoins, peu de méthodes expérimentales sont spécifiquement adaptées à l’étude de la dynamique structurale et il est important de développer des méthodes performantes qui permettent de mesurer des observables directement reliés à la dynamique structurale. Le lien entre la dynamique structurale et la signalisation, comme l'allostérie, a motivé le développement de méthodes physico-chimiques adaptées aux études dynamiques (par exemple la RMN), cependant le développement de méthodes complémentaires reste essentiel pour l’étude de systèmes de taille importante et/ou de domaines de temps étendus. L’objectif de notre projet est de développer la spectroscopie THz/infrarouge lointain pour l’étude de phénomènes allostériques liés à la liaison de ligands. La liaison de ligands peut en effet influencer la dynamique structurale dans le domaine de temps caractéristique de l’IR lointain, et ces effets peuvent ensuite être interprétés au niveau moléculaire par des simulations numériques. Dans une première étude, nous avons combiné l’IR lointain et la dynamique moléculaire pour étudier la réponse d’un domaine PDZ à la liaison d’un peptide et la transmission du signal de liaison à travers le domaine PDZ. Cette étude intégrée nous a permis de caractériser le mécanisme allostérique du domaine PDZ.
Nous souhaitons maintenant élargir le domaine d’application de cette approche et caractériser la signalisation allostérique dans les récepteurs nucléaires (NR), qui constituent une superfamille de facteurs de transcription activés par des ligands. Ces protéines sont des modulateurs allostériques complexes, qui contiennent plusieurs domaines. Les NR sont impliqués dans la régulation transcriptionnelle à la base de nombreux processus physiologiques, et sont de ce fait des cibles pharmaceutiques d’importance majeure. De nombreuses études ont mis en évidence des mécanismes allostériques qui impliquent la liaison du ligand, celle de l’ADN et celle de protéines co-régulatrices. Le domaine de liaison au ligand (LBD) joue un rôle central dans ces mécanismes et transmet les signaux vers différentes surfaces et domaines de régulation. Notre projet se concentrera sur le récepteur PPAR-gamma (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma) et son partenaire hétérodimérique, RXR, une cible importante dans de nombreuses pathologies dont le diabète et le cancer. Notre projet se focalisera au départ sur le LBD en forme WT et portant des mutations associées au cancer de la vessie. Nous caractériserons l’effet de ligands agonistes et antagonistes, et celui de peptides co-régulateur par IR lointain, simulations numériques, caractérisation biophysique et structurale. Nous étudierons ensuite des protéines hétérodimériques. L’objectif sera de caractériser et comprendre la communication allostérique, et d’établir le lien entre les effets sélectifs des ligands étudiés et leur impact sur la dynamique structurale. Cette étude pourra à terme être exploitée à des fins pharmacologiques. Notre consortium rassemble des expertises complémentaires en chimie physique, biophysique et biologie structurale. Cette étude permettra d’établir le potentiel de l’IR lointain pour l’étude de régulation complexes et la caractérisation de modulateurs allostériques à visées thérapeutiques.