Génération de protéines diverses : de l'évolution à la conception – ProDiGen

La nécessité d'évoluer en réponse à des changements environnementaux ont conduit les organismes vivants à acquérir des stratégies de diversification puissantes. Parmi celles-ci, les Rétro-éléments Générateurs de Diversité (DGRs) sont des systèmes de mutagénèse dirigée naturels capable d’explorer l’espace des séquences de manière efficace. Ils ont été identifiés chez des bactériophages qui les utilisent pour faire évoluer leur protéine d’attachement au récepteur de la bactérie, leur permettant ainsi de changer d’hôte. Dans ce projet, nous proposons d'abord d'étudier les systèmes DGR afin de caractériser quantitativement dans quelle mesure ils permettent de générer des protéines très diverses et ayant des propriétés fonctionnelles et structurelles adéquates. Cet objectif nécessitera d'établir des modèles permettant de "scorer" les séquences de protéines à l'aide de techniques d'apprentissage automatique non supervisé que nous entraînerons sur les bases de données de séquences disponibles. Ensuite, nous mettrons au point un système de mutagénèse basés sur les DGRs, travaillant de manière synergistique avec les modèles computationnels à travers un processus itératif de type apprentissage actif, pour concevoir de nouvelles protéines de manière optimisée. Nous testerons cette procédure sur la protéine Cas9, une nucléase avec de nombreuses applications comme outil de recherche ainsi qu'en médecine, afin de concevoir des variants capables de reconnaître des motifs nucléotidiques PAM différents des motifs naturels. Notre projet répond donc au double objectif de faire progresser la compréhension d'un mécanisme biologique fondamental et de l'exploiter afin de concevoir des protéines avec des propriétés nouvelles, un domaine ayant d'importantes applications dans l'industrie. Il repose sur une collaboration étroite entre une équipe computationnelle à l'ENS et une équipe expérimentale à l'Institut Pasteur.