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Parutions

 

Visualiser une machine biologique en action

 

Les chercheurs ont mis en place une approche RMN (résonance magnétique nucléaire) innovante permettant l'étude structurale d'une chaperonine active de 1 MDa (megaDalton),  alors que la machine est en train de replier sa protéine cliente. Les résultats, publiés dans la revue Sciences Advances, révèlent le mode de régulation du cycle fonctionnel de cet assemblage complexe. Cette approche ouvre de nouvelles perspectives pour étudier directement les structures et les mécanismes de diverses machines biologiques en action.

 

De très nombreuses fonctions cellulaires fondamentales sont réalisées par des assemblages protéiques de grande taille. Cela concerne en particulier le contrôle qualité des protéines, processus par lequel les cellules assurent le recyclage ou le bon repli de leurs principaux constituants, afin d’éviter l’accumulation de protéines mal repliées, agrégats ou fibrilles. Ces grandes machines - chaperonines, protéases et peptidases - sont complexes et dynamiques. Leur étude présente un défi pratique considérable, du fait de la taille même de ces particules, de la complexité de leurs substrats biologiques et des réarrangements structuraux impliqués. Les études structurales de ces systèmes ne fournissent généralement qu'une image statique, à une étape de leur cycle fonctionnel et rapportent rarement les données cinétiques nécessaires à une compréhension complète, à résolution atomique, de leur mode d'action.

Les chercheurs ont mis en place une approche reposant sur un marquage isotopique des groupements méthyle dans les protéines pour observer en solution par RMN des assemblages de très haut poids moléculaire. Cette méthode a été utilisée pour l'étude structurale et fonctionnelle d'une chaperonine de 1 MDa activée par l'ATP, durant le repliement de sa protéine cliente. Ils ont ainsi pu sonder les événements de liaison et d'hydrolyse de l'ATP, les liaisons transitoires des protéines non repliées et les réarrangements structuraux dans cette grande machinerie biologique en action.

Les résultats, acquis en solution, révèlent comment la fixation de l'ATP, l'hydrolyse et le temps de résidence de l'ADP contrôlent les transitions entre les différentes conformations fonctionnelles. Les chercheurs ont également caractérisé la liaison de la protéine cliente à la machinerie et démontré que le chargement du substrat protéique non replié à l'intérieur de la cavité de la chaperonine en accélère le cycle fonctionnel.

Ces nouvelles technologies ouvrent de nouvelles perspectives pour étudier directement les structures et les mécanismes de diverses machines biologiques pendant qu’elles exécutent leurs fonctions physiologiques. Elles ont été implémentées sur les plateformes de marquage isotopique et de RMN haut champ de l'ISBG, toutes les deux accessibles aux chercheurs nationaux et européen grâce au soutien de l'IR-RMN, FRISBI, Instruct-ERIC et iNext.

Figure : Cycle fonctionnel de la chaperonine hsp60 en action déterminé par l’étude RMN.  La protéine cliente dépliée est stabilisée par son interaction avec la partie basale de la cavité de la chaperonine ouverte et chargée d'ADP. Les sites de liaison aux nucléotides, initialement occupés par l'ADP, se lient à l'ATP. La liaison de l'ATP, plutôt que son hydrolyse, ferme l'anneau qui reste fermé jusqu'à l'hydrolyse de l'ATP. Après l'hydrolyse, l’anneau de la chaperonine s’ouvre à nouveau mais l'ADP reste lié, empêchant la recharge immédiate d’ATP et la fermeture de la chaperonine. Les anneaux de chaperonine sont représentés par deux monomères symétriques colorés en blanc (cycle inactif: ADP lié et ouvert) ou rouge (cycle actif: ATP lié et fermé). La durée de chaque étape du cycle fonctionnel est calculée à partir du taux global d'hydrolyse de l'ATP et des populations relatives de l'état ouvert / fermé, déterminés par RMN.

© CC- BY-NC License

 

En savoir plus

Contact chercheur

  • Jérôme BOISBOUVIER

    Institut de Biologie Structurale
    UMR5075 (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes)
    71 Avenue des Martyrs
    38044 GRENOBLE CEDEX 9 - FRANCE

    Tél.(+33) 4 57 42 86 71

 

 

Mise en ligne le 27 septembre 2018

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