Etude du paysage énergétique des récepteurs couplés aux protéines G dans des disques lipidiques

Le/la stagiaire sera supervisé·e à l'ICSN à Gif-sur-Yvette par Ewen Lescop (icsn.cnrs.fr/cv/lescop) et à l'IBPC à Paris 5ème par Laurent Catoire (http://umr7099.ibpc.fr/research-themes/molecular-signalisation-pathway-of-gpgrs/). Il·elle bénéficiera également du soutien des autres membres des équipes pour les aspects biochimiques, RMN et de biologie structurale.

Avec un effectif de près de 140 personnes, l'ICSN (http://icsn.cnrs.fr) est le centre de chimie du campus du CNRS à Gif-sur-Yvette, à 30 km au sud de Paris par le RER B. L'Institut est situé dans le périmètre de l'Université Paris-Saclay, qui regroupe près de 15 % de la recherche française. L'ICSN développe des activités à l'interface entre la chimie et la biologie, avec les substances naturelles comme objet d'étude et principale source d'inspiration. L'ICSN est organisé en quatre départements de recherche et dispose d'importantes plateformes analytiques. Le stage sera réalisé au sein de l'équipe RMN - Biologie structurale et chimie, qui est responsable d'une installation RMN à très haut champ (https://icsn.cnrs.fr/plateformes/ir-rmn) faisant partie des infrastructures nationales Infranalytics et Frisbi.

L'IBPC (http://umr7099.ibpc.fr/) est un laboratoire situé au centre de Paris qui rassemble des biologistes, des physiciens et des chimistes intéressés par la structure, la dynamique structurale et la physico-chimie des protéines membranaires, soit dans des systèmes mimétiques de membrane (liposomes ou nanodisques), soit dans des solutions détergentes classiques ou des tensioactifs alternatifs tels que les amphipols. Suivant les traces de Jean Perrin, qui a créé l'institut avec le baron Edmond de Rothschild, l'IBPC développe une recherche fondamentale interdisciplinaire au service de la santé et de l'environnement. Le/la stagiaire bénéficiera de la vaste expérience de l'équipe « Voie de signalisation moléculaire des GPGR ».

Objectifs/Résumé du projet: Ce programme de recherche est axé sur l’étude des bases moléculaires, structurales et dynamiques de l’activation de récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) afin de mieux comprendre les processus fonctionnels majeurs tels que la liaison des ligands, le couplage aux partenaires de signalisation, la signalisation et la modulation allostérique. Une seconde facette du stage visera à étudier l’impact de la dynamique des récepteurs sur la bicouche lipidique. Ce stage, qui pourra se poursuivre en thèse, s’effectuera à l’IBPC et à l’ICSN en étroite collaboration avec d’autres laboratoires tels que l’équipe de Pharmacologie Cellulaire dirigé par Jean-Louis Banères à Montpellier et les équipes de modélisations moléculaires à l’IBPC (Jérôme Hénin) et à l’ENS (Guillaume Stirnemann).
 

Contexte: La majorité des hormones et des neurotransmetteurs communiquent des informations aux cellules via des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs), protéines ancrées dans la membrane plasmique et de certains organelles au sein des cellules. Le grand nombre de fonctions biologiques qu’ils contrôlent fait de ces récepteurs membranaires l’une des familles les plus importantes de cibles pharmacologiques en biomédecine à savoir qu’un tiers des médicaments actuellement sur le marché ciblent les RCPGs. Les RCPGs présentent des comportements de signalisation complexes, car un seul récepteur peut activer plus d’un sous-type de protéine G ainsi que des voies de signalisation indépendantes de la protéine G. En conséquence, un médicament donné peut posséder des efficacités intrinsèques distinctes vis-à-vis de ces différentes voies, un concept qui se fonde sur la notion de ligands biaisés. La régulation allostérique augmente encore la complexité du fonctionnement du RCPG. En effet, de nombreuses substances peuvent agir comme modulateurs allostériques de la signalisation RCPG. Ainsi la bicouche lipidique à travers soit des interactions spécifiques, soit au travers des propriétés physiques, (i.e., collectives) de la membrane peut moduler la fonction des RCPGs.

De nombreuses études suggèrent que la remarquable polyvalence fonctionnelle des RCPGs est associée à leurs propriétés dynamiques intrinsèques. Dans ce modèle, les RCPGs sont considérés comme des protéines flexibles pouvant visiter plusieurs états conformationnels liés à des résultats fonctionnels distincts. La modulation de signalisation peut alors être vue comme une modification de l’équilibre entre ces états, la quantité relative des différentes populations étant modulée par couplage à des ligands orthostériques ou allostériques, à des partenaires protéiques intracellulaires, ou par altération de la composition ou dynamique membranaire. La pléthore de structures atomiques de RCPGs sur lesquelles repose ce projet de M2 représente le premier chapitre dans la compréhension de la transduction du signal par ces récepteurs et ce projet vise à compléter la description du tableau par la détermination de l’espace des conformations et des barrières cinétiques les séparant, ceci dans divers contextes (± ligands ; ± effecteurs ; variation de la composition lipidique ou des propriétés
physiques de la bicouche).

Savoirs qui seront potentiellement acquis à la fin du stage: obtention de RCPGs purifiés, actifs et enrichis en isotopes stables (2H,13C,15N) dans des bicouches lipidiques nanométriques (biochimie: surexpression dans des bactéries (E. coli ) ou des cellules eucaryotes (sf9) et purification) et initiation à la RMN (biophysique). Le sujet du stage précis, et l’équilibre entre les activités biochimiques et biophysiques, seront ajustés en fonction du profil et des souhaits du candidat afin que son stage se passe dans les meilleures conditions possibles. L’étudiant bénéficiera dans les deux laboratoires d’un encadrement de qualité par les chercheurs eux-mêmes ainsi que par les étudiants (en thèse ou en stage post-doctoral) et techniciens/ingénieurs.

Le/la candidat·e idéal devrait avoir une formation en biochimie, chimie, chimie physique, biophysique, biologie moléculaire et/ou biologie structurale ou dans une discipline connexe, et manifester un vif intérêt pour les études sur la structure, la dynamique, l'interaction et la fonction des protéines/lipides. Une expérience dans l'expression et la purification des protéines, ainsi que dans la spectroscopie RMN, serait un atout.