Peptides biomimétiques contrôlant les espèces de prénucléation : sonder la régulation de la minéralisation en biominéralisation – BIMICOPS

Les organismes biominéralisateurs convertissent les dépôts minéraux, comme les carbonates de calcium (CaC) ou phosphates de calcium (CaP), en solides multifonctionnels complexes dont les fonctionnalités sont inégalées par rapport aux approches synthétiques de laboratoire actuelles. Généralement, la biosynthèse contourne la cristallisation classique ion-par-ion et applique une voie non classique régie par des précurseurs amorphes dont les caractéristiques structurelles dictent les propriétés finales du biominéral. Les mécanismes moléculaires qui permettent aux organismes d'exercer un contrôle aussi sophistiqué sur une phase amorphe en formation ne sont pas encore élucidés. Cependant, des études ont montré que les molécules synthétiques ont un impact sur la formation des minéraux amorphes en se liant aux espèces de prénucléation (PNS), des espèces solubles poly-ioniques stables, qui sont des acteurs essentiels des schémas non classiques de formation des CaC et CaP. En outre, les protéines associées aux biominéraux, connues pour interagir avec les précurseurs transitoires, présentent des motifs chimiques peu communs (par exemple, riches en unités acides de faible complexité ou en modifications post-traductionnelles). Ce projet de recherche combine ces découvertes récentes et évaluera si ces motifs protéiques uniques agissent comme des sites d’interaction avec les PNS. Le projet s’intéressera aux phase de pré-nucléation et de post-nucléation pour des systèmes peptide-minéraux modèles en utilisant des essais de liaison par ITC, la potentiométrie du calcium in situ, la spectroscopie RMN et la diffraction des rayons X. Pour sonder les complexes peptide-PNS pertinents, la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à rotation à angle magique (MAS) serait la méthode de choix. Cependant, la RMN MAS in situ est irréalisable pour les systèmes aqueux en raison de la difficulté à places des liquides en rotation MAS rapide et de la perte d'information induite par l’effet de moyenne. Nous surmonterons cet obstacle par une approche unique utilisant la cryofixation d'échantillons RMN : la congélation rapide vitrifie les solutions aqueuses, immobilisant et préservant les fragiles assemblages peptide-PNS. Grâce à cette nouvelle approche, la RMN MAS devient possible à basse température et, avec l'appui de simulations DFT, permet de révéler les interactions moléculaires à l'origine de la stabilisation des PNS par les motifs peptidiques identifiés en amont. Ce projet utilise une approche multi-méthodologique et multi-échelle, en synergie avec l'expertise complémentaire des partenaires impliqués, pour comprendre comment les organismes utilisent des mécanismes d'auto-assemblage et des processus non-classiques pour cristalliser les biominéraux.