Structure, dynamique et fonction des biomolécules par RMN

Thème 1 : Structure et transmission virale

Nous étudions la structure et les mécanismes moléculaires impliqués dans l'assemblage et dans la transmission virale.

1°) Virus de plante

La transmission des virus d'une plante à l'autre est principalement réalisée par un vecteur. Les vecteurs les plus connus sont les insectes, les nématodes ou les acariens. Deux modes d'interaction entre le virus et le vecteur doivent être différenciés. Le mode circulant qui est un mode ou le virus entre dans le vecteur par l'intestin, puis diffuse jusqu'aux glandes salivaires où il va être ensuite libéré dans la nouvelle plante lors de la nutrition du vecteur. Il est important de mentionner que certains virus arrivent a se répliquer dans le vecteur, d'autres pas. Il y a également le mode dit non-circulant où le virus reste attaché sur les parties buccales du virus avant d'être libéré dans une nouvelle plante au moment de la nutrition du vecteur.
Les mécanismes moléculaires impliqués dans ces modes de transmissions sont très peu connus, bien que les dégâts causés par les virus sur les cultures soient extrêmement importants. Ces dernières années, des études montrent de plus en plus que les produits utilisés dans la lutte phytosanitaire ont des impacts négatifs sur la faune mais également sur l'homme, pouvant ainsi par exemple favoriser certains cancers. Il est donc important d'étudier de nouvelles voies permettant de lutter contre la transmission des virus de plante.

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Jusqu'il y a peu, il était admis que la transmission non-circulante résultait d'une interaction aspécifique des virus avec les pièces buccales du vecteur. Or, il s'avère que cette interaction n'est pas du tout aspécifique mais résulte d'une interaction contrôlée entre les virus et des récepteurs protéiques. Dans ce contexte, nous étudions plus particulièrement la transmission des virus par les pucerons, qui sont responsables de la diffusion de très très nombreux virus de plante au travers le monde.

Collaborateurs:
Stéphane Blanc, Marilyne Uzest, Jean-Louis Zeddam CIRAD-INRA Montpellier
Véronique Brault, David Gilmer, Gérard Demangeat, INRA Colmar
Véronique Ziegler-Graaf, Christophe Ritzenthaler, IBMC, Strasbourg

Financements: Fondation Bill et Belinda Gates, ANR-Stylhook

 

 2°) Virus humain

Nous étudions l’assemblage et les mécanismes de réplication de certains virus par des approches de tomographie et de cryo-tomographie électronique.

 

Etude fonctionnelle et structurale des organelles membranaires hébergeant la réplication du virus Chikungunya dans les cellules humaines

Le virusChikungunya est un arbovirus responsable chez l’homme d’un syndrome aigu pouvant évoluer vers des arthralgies chroniques invalidantes. Notre objectif vise à définir l’organisation structurale des compartiments membranaires hébergeant les complexes de réplication viraux et à identifier les interactions hôte-pathogène impliquées dans la biogenèse de ces compartiments par une approche intégrée basée sur des techniques de crible génétique, d’analyses fonctionnelles, de cryo-microscopie corrélative et de cryo-tomographie électronique.

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Collaborateurs: Laurence Briant, Jean-Luc Battini, IRIM Montpellier

Financement: ANR-Tomochikv

 

Séquence et structure des signaux d'empaquetage du génome de virus influenza A

Les virus influenza A (VIA) sont responsables d'épidémies grippales saisonnières et occasionnellement de graves pandémies. La segmentation des génomes grippaux en 8 ARN viraux (ARNv) (-) facilite l'évolution rapide des virus et l'émergence des virus pandémiques par réassortiment génétique mais complique leur assemblage. En effet, pour être infectieux, les virions doivent empaqueter au moins une copie de chaque ARNv. Le consensus actuel est que les ARNv sont empaquetés de manière sélective dans les particules virales. Bien que ce modèle ait des implications importantes pour le réassortiment génétique et la production de vaccins, les mécanismes moléculaires d'empaquetage spécifique restent méconnus. Des signaux d'empaquetage ont été identifies sur chacun des ARNv mais seulement de manière grossière et incomplète.
Le but de notre projet est de déchiffrer les mécanismes moléculaires qui gouvernent l'empaquetage du génome des virus Influenza A (VIA) et comprendre leur impact sur l'organisation spatiale des ARNv.

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En plus de son intérêt fondamental, ce projet impactera, à long terme, la santé humaine - et animale - car il permettra d'améliorer le processus de production de vaccins et aidera à prédire l'émergence de souches virales pandémiques

Collaborateurs:
Roland Marquet, IBMC, Strasbourg
Manuel-Rosa Calatrava, VirPAth, Lyon
Prof. Dr. Martin Schwemmle, Institute of Virology, Freiburg, Germany.


Financement: ANR-PsiFlu

Thème 2 : Structure et cibles thérapeutiques

Notre savoir faire technologique nous a permis de développer des collaborations avec des partenaires à la fois du domaine académique ou privé afin d'étudier la structure de complexes d'intérêts pharmaceutiques par des approches combinées de cryo-microscopie électronique en particules isolées et de cristallographie.

Étude structurale et fonctionnelle de la protéine RbpA de Mycobacterium: un régulateur principal de l'expression des gènes impliqués dans la pharmacorésistance

Mycobacterium tuberculosis, l'agent pathogène humain causant la tuberculose, est responsable de ~1,5 million de décès chaque année dans le Monde et ~5000 cas sont diagnostiqués chaque année en France. Le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques requiert une connaissance approfondie des mécanismes moléculaires conférant la résistance aux antibiotiques. Notre projet vise à comprendre les mécanismes spécifiques de la régulation des gènes qui permettent à M.tuberculosis de survivre aux traitements antibiotiques et de provoquer une infection récurrente. Dans ce but, nous employons une approche multidisciplinaire combinant des méthodes génomiques, biochimiques et structurales.

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Dans ce contexte, nous focalisons notre étude structurale sur l'étude des complexes formés par la Rna Polymérase : facteurs sigma : RbpA, et ce avec et sans ADN. Les résultats de notre projet aideront à comprendre les mécanismes de la pathogenèse et fourniront de nouveaux concepts et cibles pour le design de médicament.

Collaborateur: K. Brodolin, IRIM, Montpellier
Financement: ANR-Mycomaster

 

Comprendre par cryo-microscopie électronique l'interaction de molécules anti-virales et anti-inflammatoires avec leurs cibles protéiques

La société ABIVAX a récemment découvert et développé un inhibiteur de la réplication du HIV en bloquant spécifiquement la voie de biogénèse des ARNs. Cet inhibiteur, ABX464, stabilise le complexe de liaison à la coiffe (« cap binding complex », CBC) permettant ainsi un contrôle de l'épissage et du transport cytoplasmique de l'ARN du HIV. Cet inhibiteur qui fait partie d'une nouvelle classe de molécules inhibant la réplication virale est actuellement en phase clinique II. La société ABIVAX a pu observer que ce mécanisme est universel et peut aussi être efficace contre d'autres types de virus que le VIH (Influenza, Dengue, Ebola notamment). Plus récemment, la société ABIVAX a montré par des études de séquençage des ARN cellulaires qu'ABX464 augmente l'expression d'un seul microARN cellulaire, miR-124, qui est connu pour jouer un rôle dans la réponse inflammatoire en induisant l'interleukine 22 (IL-22), une cytokine qui est impliquée dans la réparation d'un tissu atteint de colite. Ces études ont permis la conduite d'un essai clinique de phase IIa chez des patients atteints de colite ulcérative qui a démontré qu'ABX464 est un très bon candidat potentiel dans le traitement du SIDA et de maladies inflammatoires. Les mécanismes moléculaires qui sont impliqués dans l'interaction de ABX464 et CBC sont totalement inconnus. Toutes les approches classiques par cristallographie aux rayons X ou par résonance magnétique nucléaire ont échoué. Nous avons décidé d'aborder cette question par des approches de cryo-microscopie électronique. Le complexe CBC étant de l'ordre de 100 kDa, nous utilisons le système phase plate pour rehausser le contraste des images. Les images sont enregistrées à l'eBIC (electron Bio-Imaging Centre, Diamond, UK).

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Ce projet va permettre de comprendre comment s'effectue l'interaction de ABX464 avec le complexe CBC, de voir si des nouvelles cibles sélectionnées dans la chimio-thèque brevetée d'ABIVAX interagissent de manière identique avec CBC, de caractériser l'impact de ces molécules sur les virus cibles entiers et ainsi a terme de développer de façon rationnel des nouvelles molécules antivirales et anti-inflammatoires.

Collaborateurs:
Pr J. Tazi, IGMM-Laboratoire coopératif CNRS-ABIVAX, Montpellier
Société ABIVAX

Thème 3 : Structure fonction des protéines transmembranaires

Récemment, nous avons développé une nouvelle thématique dédiée à l'étude structurale de protéines membranaires par des approches de cryo-ME en particule isolées. Il s'agit en fait d'une thématique sur laquelle le Dr Patrick Bron travaille depuis longtemps, notamment au travers de d'études structurales portant sur aquaporines, le cytochrome b6f, ou l'ATPase F1-F0. Lorsque que Patrick Bron est arrivé sur Montpellier pour implanter et développer la cryo-microscopie au sein du Centre de Biochimie Structurale de Montpellier, l'environnement scientifique ne permettait pas de pouvoir développer cette thématique d'une manière efficace. Mais avec l'avènement de la cryo-microscopie en particules isolées, l'étude structurale des protéines membranaires a été totalement révolutionnée. Nous avons alors établi des collaborations notamment avec l'équipe de Dr Bernard Mouillac (IGF, Montpellier), celle de Pr Alain Chavanieu (IBMM, Montpellier), du Dr Jean-Louis Baneres (IBMM, Montpellier) afin d'étudier l'organisation structurale du récepteur RCPG a la vasopressine ou le récepteur RCPG à la ghrelin (Growth hormone secretagogue receptor(GHS-R)).

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Financement: ANR-V2Strain

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