Groupe "Matière molle et biophysique" - MMB

La matière molle, la science des matériaux et la biologie partagent le même terrain: le contrôle des interactions de l'ordre de l'énergie thermique (KBT)  autorisant la formation d'architectures complexes présentant des dynamiques, des cinétiques ou des durées de vie spécifiques. Les objectifs de l'équipe "Matière molle, biophysique et nanomatériaux", au travers de ses 4 thématiques, sont de comprendre à la fois

  • i) la structure des entités individuelles (molécules, nanoparticules, polymères, tensioactifs et phospholipides) dont la taille caractéristique se situe typiquement entre 0.1 et 50 nm,
  • ii) les mécanismes sous-jacents de leur auto-assemblage et de leur dynamique, ce qui permettra de contrôler et d’ajuster les propriétés spécifiques des matériaux inertes, fonctionnels ou biologiques aux échelles nanométriques (1-100 nm) et micrométriques (100nm-1 mm).

La spécificité du groupe MMB est la définition, la conception et la production des échantillons parfaitement adaptés aux objectifs scientifiques. La disponibilité des plateformes de caractérisation physico-chimique, complétées par des compétences en chimie et en biologie, sont des atouts clés pour assurer le succès dans la préparation des échantillons pour les études par diffusion des neutrons.

La stratégie expérimentale est ainsi construite sur les avantages offerts par la palette complète de la diffusion des neutrons statique et dynamique et en particulier les techniques associées au marquage isotopique H/D et de variation de contraste. La structure en volume (diffraction, Diffusion aux Petits Angles DNPA, imagerie) ou aux surfaces et interfaces (réflectométrie) ainsi que l'étude des relaxations jusqu'à plusieurs dizaines et centaines de nanosecondes (Etudes en temps de vol ou écho de spin) sont plus particulièremetn étudiés. Ces travaux de recherche s’inscrivent au coeur des enjeux sociétaux de demain, tels que la conception de nouveaux matériaux, la production et le stockage de l’énergie, la santé et l’agroalimentaire.

 

Soft matter, materials science and biology share the same field: the control of interactions of the order of the thermal energy (KBT), allowing the formation of complex architectures with specific dynamics, kinetics or lifetimes . The objectives of the "Soft matter, biophysics and nanomaterials" team, through its four themes, are to understand at the same time : 

  • i) the structure of individual entities (like molecules, nanoparticles, polymers, surfactants and phospholipids) whose characteristic size is typically between 0.1 and 50 nm,
  • ii) the mechanisms underlying their self-assembly and dynamics, allowing to control and adjust the specific properties of inert, functional or biological materials at nanoscale (1-100 nm) and micrometric (100 nm-1 mm) scales.

The specificity of the MMB group is the definition, design and production of samples perfectly adapted to our scientific objectives. The availability of physico-chemical characterization platforms, supplemented by skills in chemistry and biology, are key assets to ensure the success of sample preparation for neutron scattering studies.

The experimental strategy is thus to built on the advantages offered by the full range of static and dynamic neutron scattering and in particular the techniques associated with H / D isotopic marking and contrast variation. The bulk (diffraction, small angle scattering, imaging) or surfaces and interfaces (reflectometry) structures as well as the study of their relaxations up to several tens and hundreds of nanoseconds (time of flight or spin echo experiments) are more particularly studied. This research is at the heart of tomorrow's societal challenges, such as the design of new materials, the production and storage of energy, health and agri-food.

 
#3082 - Màj : 22/06/2020
Thèmes de recherche

Biophysique

Dans les systèmes biologiques, l'intérieur des cellules est un milieu encombré. Cet encombrement peut provenir de la présence de macromolécules inertes ou non vis-à-vis des réactions biologiques (encombrement macromoléculaire) ou de la séquestration physique par des éléments tels que des réseaux de fibres et de membranes (confinement).

Biophysique
Confinement multi-échelle

Confinement multi-échelle

Sous confinement nanométrique, les interactions complexes entre la topologie de confinement, la dimensionnalité (3D à 1D) et le rapport surface/volume affecte de manière significative les propriétés physiques des matériaux confinés.

Matière Molle

Sur la base de travaux pionniers établis dans les années 70 au LLB, la physique des polymères et plus largement l’étude de systèmes relevant de la matière molle (tensio-actifs, nanoparticules) continue d'être un domaine très actif de l’équipe matière molle au laboratoire.

Matière Molle
Domaines Techniques
Les neutrons permettent de sonder la matière et leur sensibilité aux éléments légers et au magnétisme en font une sonde unique et originale. A l'IRAMIS , l’utilisation de la spectrométrie neutronique dans divers domaines de la recherche fondamentale et appliquée est développée au Laboratoire mixte CEA-CNRS Léon Brillouin à Saclay.

Activités instrumentales nationales et internationales du LLB - National and internatonial instrumental activities at the LLB

Les appareils d'Orphée; Orphée neutrons spectrometers

Neutrons
Neutrons
Neutron diffusion make possible to probe the matter and its sensitivity to the light elements and to magnetism make it a single and original probe. Within IRAMIS, neutron spectrometry is used in various fields in fundamental and applied research and is developed around the CEA-CNRS Laboratory Leon Brillouin (LLB) around the Orphée reactor in Saclay. Neutrons are mainly intended for the study of condensed matter.

Activités instrumentales nationales et internationales du LLB - National and internatonial instrumental activities at the LLB

Les appareils d'Orphée; Orphée neutrons spectrometers

X-rays are used to investigate the structural properties of solids, liquids or gels. Photons interact with electrons, and provide information about the fluctuations of electronic densities in heterogeneous matter. A typical experimental set-up is shown on Figure : a monochromatic beam of incident wave vector is selected and falls on the sample. The scattered intensity is collected as a function of the so-called scattering angle 2 teta.

Diffractomètres de "diffusion de neutrons aux petits angles" : PACE, PA20, PAxy, TPA

SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline

Diffusion des Rayons X aux petits angles / Small Angle X-Rays Scattering (SAXS)
Voir aussi
Faits marquants scientifiques
10 novembre 2020
Chang Liu, Wenxian Hu, Hanqiu Jiang, Guoming Liu*, Charles C. Han, Henning Sirringhaus, François Boué, and Dujin Wang The determination of intrinsic chain stiffness of conjugated polymers is challenging, in particular, for scattering techniques because of their strong light absorption and structural instability due to the complicated intra-/intermolecular interactions.
20 octobre 2020
K. Beauvois, V. Simonet, S. Petit, J. Robert, F. Bourdarot, M. Gospodinov, A.A. Mukhin, R. Ballou, V. Skumryev, and E. Ressouche The research field of magnetic frustration is dominated by triangle-based lattices but exotic phenomena can also be observed in pentagonal networks. A peculiar noncollinear magnetic order is indeed known to be stabilized in Bi2Fe4O9 materializing a Cairo pentagonal lattice.
28 septembre 2020
Li Shi, Florent Carn, Arsen Goukassov, Eric Buhler, and François Boué Mixing negatively charged polyelectrolyte (PEL) with positively charged gold nanoparticles (Au NPs) in aqueous solution results in electrostatics complexes of different shapes and compactness. Here, when complexing with a semirigid PEL hyaluronic acid (HA), we obtain crystals made of nanoparticles in a new region of the phase diagram, as evidenced by small-angle Xray scattering (SAXS).
02 septembre 2020
Marine Le Goas, Tom Roussel, Maria Kalbazova, David Carrière, Elodie Barruet, Valerie Geertsen, Giulia C. Fadda, Fabienne Testard, Geraldine Carrot and Jean-Philippe Renault Nanomedicines are considered as promising therapeutics for cancer treatment. However, clinical translation is still scarce, partly because their biological behavior is not well understood.
18 août 2020
Le transport des biomolécules joue un rôle essentiel dans les mécanismes biologiques du vivant. Ce rôle reste cependant encore mal compris, en partie du fait du manque d'informations quantitatives.
23 juin 2020
We show by X-ray and neutron small-angle scattering that gold nanoparticles with controlled sizes and morphologies can be obtained by the metallic reduction of AuCl4– ions trapped in 3D organic molds by X-ray radiolysis. The molds are spherical frozen micelles of polystyrene-b-poly(dimethylaminoethyl methacrylate) (PS-b-PDMAEMA) block copolymer in acidic aqueous solution with a PS spherical core surrounded by a corona of PDMAEMA chains in good solvent.
01 juin 2020
Editors : Véronique Arluison and Frank Wien This volume looks at the different spectroscopic and biophysical methods used by researchers to study the structure and folding of RNA, and to follow their interactions with proteins.
09 mai 2020
Andrew M. Jimenez, Dan Zhao, Kyle Misquitta, Jacques Jestin and Sanat K. Kumar Understanding the structure and dynamics of the bound polymer layer (BL) that forms on favorably interacting nanoparticles (NPs) is critical to revealing the mechanisms responsible for material property enhancements in polymer nanocomposites (PNCs).
08 avril 2020
Aline Maire du Poset, Mikaela Börjesson, Céline Rameau, Claire Madeleine-Perdrillat, Adrien Lerbret, Camille Loupiac, Fabrice Cousin, Ali Assifaoui We show here how the structure of polygalacturonate (polyGalA) hydrogels cross-linked by Ca2+ cations via external gelation controls the loading and release rate of beta-lactoglobulin (BLG), a globular protein.
13 mars 2020
Les matériaux composites, dont on peut faire judicieusement varier la composition, permettent de combiner les propriétés de ses constituants.
13 février 2020
de Oliveira-Silva, Rodrigo; Bélime, Agathe; Le Coeur, Clémence; Chennevière, Alexis; Helary, Arnaud; Cousin, Fabrice; Judeinstein, Patrick; Sakellariou, Dimitrios; Zanotti, Jean-Marc In soft condensed matter, Small Angle Neutron Scattering (SANS) is a central tool to probe structures with characteristic sizes ranging from 1 to 100 nm. However, when used as a standalone technique, the dynamic properties of the sample are not accessible.
22 septembre 2019
Daniela Russo, Maya Dimova Lambreva, Christiane Alba Simionesco, Pierre Sebban,and Giuseppina Rea Studies on the dynamical properties of photosynthetic membranes of land plants and purple bacteria have been previously performed by neutron spectroscopy, revealing a tight coupling between specific photochemical reactions and macromolecular dynamics.
18 septembre 2019
Des chercheurs de l’I2BC@Saclay et de l’UMR NIMBE, en collaboration avec le Laboratoire Léon Brillouin (LLB), ont analysé la structure de la couronne composée de deux protéines modèles adsorbées sur des nanoparticules de silice, en utilisant la technique de diffusion des neutrons aux petits angles.
20 juin 2019
A. Theodoratou, L.-T. Lee, J. Oberdisse and A. Aubert-Pouëssel, Langmuir 35(20) (2019) 6620. Abstract : Nanofilms of about 2 nm thickness have been formed at the air–water interface using functionalized castor oil (ICO) with cross-linkable silylated groups.
30 mai 2019
"Dynamics properties of photosynthetic microorganisms probed by incoherent neutron scattering" Daniela Russo, Maya Dimova Lambreva, Christiane Alba Simionesco, Pierre Sebban, and Giuseppina Rea Biophysical Journal, 116 (9) (2019) 1759-1768 Studies on the dynamical properties of photosynthetic membranes of land plants and purple bacteria have been previously performed by neutron spectroscopy, revealing a tight coupling between specific photochemical reactions and macromolecular dynamics.
04 mai 2019
B. Annighöfer , A. Hélary, A. Brulet, A. Colas de la Noue, C. Loupiac and S. Combet Review of Scientific Instruments 90 (2019) 025106 Abstract : We report on a high pressure (HP) cell designed for the determination of the structure of molecular solutions by small-angle neutron scattering (SANS). The HP cell is fitted up with two thick metallic windows that make the device very resistant under hydrostatic pressures up to 600 MPa (or 6 kbar).
21 avril 2019
Les membranes d’oxyde d’aluminium nanoporeuses sont des systèmes modèles permettant d’étudier le comportement de la matière sous confinement. Leurs utilisations pour des études de nano-moulage, de microfluidique ou en biologie sont ainsi nombreuses.
01 avril 2019
Andrés Marcoleta, Frank Wien, Véronique Arluison, Rosalba Lagos, Rafael Giraldo Bacterial Amyloids (2019) Amyloids are supramolecular protein assemblies based on fibrillar arrangements of β‐sheets that were first found as linked to neurodegenerative and systemic human diseases. However, there is now overwhelming evidence on alternative roles of amyloids as functional assemblies and as epigenetic determinants of beneficial traits, both in Fungi and Metazoa.
12 avril 2018
La diffusion des macromolécules dans les cellules ne suit généralement pas des lois simples de diffusion du fait de la grande quantité et diversité de molécules présentes dans ce milieu.
03 octobre 2017
Pour survivre dans leur milieu, les bactéries doivent s'adapter à des conditions de croissance très différentes. Cette propriété est de première importance lorsque ces dernières doivent coloniser un hôte.
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Thèses
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Dernière mise à jour : 24-11-2020


 

Stages
Production, purification et caractérisation de protéines membranaires recombinantes
Production, purification, and characterization of recombinant membrane proteins

Spécialité

Biophysique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/03/2021

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

COMBET Sophie
+33 1 69 08 67 20

Résumé/Summary
Sujet détaillé/Full description
Les protéines membranaires représentent un quart des protéines totales et plus de la moitié des cibles thérapeutiques actuelles. Cependant, leurs structures ainsi que leurs dynamiques utiles à l’optimisation de molécules à visées thérapeutiques et diagnostiques sont mal connues. De plus, ces protéines sont peu abondantes et doivent être extraites de leur membrane à l’aide de détergents, rendant leur purification difficile. Pour contourner cette difficulté, il est possible de surexprimer ces protéines notamment à l’aide de bactéries. Une fois ces protéines produites et purifiées, il faut, pour leur étude structurale et fonctionnelle, les stabiliser dans une conformation homogène. Plusieurs paramètres sont à prendre en compte, en particulier le choix du détergent et/ou le maintien dans un environnement naturel lipidique. Lors de ce stage, nous proposons d’étudier la protéine membranaire TSPO qui est une cible diagnostique et thérapeutique de plusieurs pathologies inflammatoires et cancéreuses chez l’homme [Lacapere et al, 2020].

La TSPO est une protéine de 18 kDa présente dans différentes espèces, des bactéries aux plantes. La conservation de la séquence est importante entre les différentes espèces comme l’homme (human TSPO, hTSPO), la souris (mouse TSPO, mTSPO) et la bactérie (bacillus cereus, BcTSPO) dont il a été obtenu en 2014-2015 les premières structures pour les mTSPO et BcTSPO mais pas pour la hTSPO, cible diagnostique et thérapeutique. La structure de la mTSPO a été obtenue par RMN en solution en présence d’un détergent, le DPC (DodecylPhosphoCholine) et d’un ligand de haute affinité, le PK 11195 [Jarmenko et al, 2014]. Celle de la BcTSPO par cristallographie électronique en pseudo membrane avec et sans ligand [Guo et al, 2015].

Malgré de nombreux essais, il n’a jamais pu être obtenu de structure cristallographique des différents orthologues de mammifère de la TSPO (mTSPO, hTSPO par exemple). Il a été suggéré que cette difficulté pourrait provenir de l’environnement des protéines qui ne les stabiliserait pas suffisamment et/ou de différences locales des séquences en acides aminés pouvant conduire à des stabilisations différentes. Nous disposons de systèmes d’expression et pouvons purifier les différentes TSPO (mTSPO, hTSPO et BcTSPO) dont nous souhaitons caractériser les structures à l’aide de différentes techniques telles que, par exemple, le dichroïsme circulaire (CD), la résonnance magnétique nucléaire (RMN), la diffusion statique de lumière (MALLS), la diffusion de rayons X ou de neutrons aux petits angles (SAXS et SANS) et la fluorescence.

La caractérisation de la couronne de détergent peut être réalisée grâce à la séparation de la protéine avec son détergent, des micelles de détergent libres, sur colonne d’exclusion en taille (SEC) et analyse par MALLS (permettant de déterminer la quantité de détergent entourant la protéine), par SAXS (donnant une enveloppe globale de la protéine et du détergent) et par SANS (permettant de distinguer la couronne de détergent (deutéré) de la protéine (hydrogénée) dans des mélanges adéquats de tampon hydrogéné et deutéré). L’ensemble de ces résultats peut être modélisé par des simulations ab initio ou de dynamique moléculaire.

Le stage propose de se familiariser avec ces techniques de production, de purification et de caractérisation de protéines membranaires dans des environnements constitués de différents détergents purs ou de mélange de détergents et de lipides.

Références :


Mots clés/Keywords
Biophysique, Interface physique/biologie, Protéines membranaires, Surfactants, Diffusion de rayons X et de neutrons, Grands inst
Compétences/Skills
Production de protéines recombinantes MALLS SAXS SANS Modélisation
Images
Réflectométrie neutronique
Le quasi-élastique
Neutron Spin Precession Spectroscopy
Neutron Spin Precession Spectroscopy
SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline
SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline
Skadi
LLB on IN6-Sharp at ILL
LLB on IN6-Sharp at ILL
Amyloïdes fonctionnels et adaptation bactérienne
Diffusion de l’hémoglobine : impact sur le transport d’oxygène par les globules rouges
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Exchange Lifetimes of the Bound Polymer Layer on Silica Nanoparticles
Bacterial Amyloids
A high pressure cell using metallic windows to investigate the structure of molecular solutions up to 600 MPa by small-angle neutron scattering
Apport de la diffusion de neutrons à l\'étude de la matière nano-confinée : NaPSS au sein des pores d\'une membrane aluminium poreuse
Apport de la diffusion de neutrons à l\'étude de la matière nano-confinée : NaPSS au sein des pores d\'une membrane aluminium poreuse
Apport de la diffusion de neutrons à l\'étude de la matière nano-confinée : NaPSS au sein des pores d\'une membrane aluminium poreuse
Dynamics properties of photosynthetic microorganisms probed by incoherent neutron scattering
Equilibrium protein adsorption on nanometric vegetable oil hybrid film/water interface using neutron reflectometry
Groupe \
Brevet : Procédé de préparation de nouveaux nanomatériaux / Method for the production of new nanomaterials
Neutrons
Neutrons
La couronne de protéines adsorbées sur des nanoparticules de silice dévoile sa structure
Dynamics Properties of Photosynthetic Microorganisms Probed by Incoherent Neutron Scattering
Coupling NMR to SANS: Addressing at once structure and dynamics in soft matter
Élaboration optimisée d\'un matériau composite : particules de silices greffées de poly-isoprène dans des matrices élastomères
Controlled Loading and Release of Beta-Lactoglobulin in Calcium-Polygalacturonate Hydrogels
RNA Spectroscopy; Methods and Protocol
Matière Molle
Confinement multi-échelle
Biophysique
Controlled Synthesis of Gold Nanoparticles in Copolymers Nanomolds by X-ray Radiolysis
Combining surface chemistry modification and in situ small-angle scattering characterization to understand and optimize the biological behavior of nanomedicines
L’interaction entre une protéine amyloïde bactérienne et l’ADN induit une réponse viscoélastique
Self-Induced Crystallization in Charged Gold Nanoparticle- Semiflexible Biopolyelectrolyte Complexes
Dimer Physics in the Frustrated Cairo Pentagonal Antiferromagnet Bi2Fe4O9
Chain Conformation and Aggregation Structure Formation of a High Charge Mobility DPP-Based Donor–Acceptor Conjugated Polymer

 

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