Sujet de stage / Master 2 Internship

Notre objectif est de développer une nouvelle méthodologie basée sur la combinaison d’expériences de diffusion aux petits angles de neutrons et de rayons X (SANS/SAXS) et de modélisations ab initio (gros grains/tout atome) permettant (i) d’obtenir des informations structurales à basse résolution de protéines membranaires de structure inconnue ou de structure connue mais mal repliées ; (ii) de décrire la structure des amphiphiles associés à ces protéines (couronnes de détergents et/ou de lipides)

La détermination de la structure des protéines membranaires à l’échelle atomique est un défi en biologie structurale du fait de la nécessité d’utiliser des amphiphiles pour les solubiliser et les manipuler in vitro. Seulement 3% des entrées de la «Protein Data Bank» (PDB) concernent des protéines membranaires alors qu’elles représentent 30% des protéines et constituent près de 60% des cibles thérapeutiques.

Notre objectif est de développer une nouvelle méthodologie basée sur la combinaison d’expériences de diffusion aux petits angles de neutrons et de rayons X (SANS/SAXS) et de modélisations ab initio (gros grains/tout atome) permettant (i) d’obtenir des informations structurales à basse résolution de protéines membranaires de structure inconnue ou de structure connue mais mal repliées ; (ii) de décrire la structure des amphiphiles associés à ces protéines (couronnes de détergents et/ou de lipides).
Nous étudions la protéine TSPO (pour TranSlocator PrOtein) de souris (mTSPO), une protéine transmembranaire d’intérêt pharmacologique majeur : TSPO est une cible pour le diagnostic et la thérapie de plusieurs pathologies inflammatoires et cancéreuses et un marqueur de maladies neurodégénératives.
Les mesures de SANS permettent de caractériser spécifiquement la structure de la protéine mTSPO en rendant « invisble » le signal de la couronne, grâce à des substitutions isotopiques. Un premier objectif du stage est d'obtenir à partir de ces mesures la structure à basse résolution de mTSPO avec des méthodes de reconstruction ab initio de type Monte Carlo. Un second objectif est rendre lisible le fichier « PDB » (données structurales) de l’enveloppe obtenue par SANS par le logiciel MEMPROT. Ce logiciel, qui permet de déterminer la forme de la couronne associée à une protéine membranaire, ne fonctionne actuellement qu’à partir d’un fichier PDB provenant de mesures de cristallographie des rayons X. Cette étape nécessitera de modifier le code du logiciel MEMPROT et les fichiers des enveloppes obtenues par SANS.

Un troisième objectif est d’utiliser la même approche dans le cas d’une protéine membranaire partiellement dépliée. Dans ce cas, le logiciel DADIMODO, initialement prévu pour le SAXS et permettant des déplacements importants de parties d’une protéine, sera également adapté pour modifier la structure de la protéine à partir de l’ajustement d’une courbe de SANS.
Selon l’avancement du stage, des simulations de dynamique moléculaire (classique ou interactive) pourront compléter cette étude, en utilisant les enveloppes de SANS/SAXS comme contraintes spatiales.

Profil recherché: étudiant(e) en bio-informatique sachant coder en Python et fortement intéressé(e) par la biologie structurale des protéines. Bon niveau d’anglais requis.

Ce stage sera basé au LLB (Univ. Paris-Saclay) et sera co-encadré par S. Combet (LLB) pour la partie diffusion et A. Koutsioumpas (source de neutrons, Munich, Allemagne) pour la partie modélisation. Il sera réalisé en étroite collaboration avec F. Bonneté (IBPC, Paris), JJ. Lacapère (LBM, Paris), et S. Finet (IMPMC, Paris) experts des surfactants et de la protéine TSPO, ainsi qu’avec J. Pérez et A. Thureau (synchrotron SOLEIL, St-Aubin) qui ont développé les logiciels MEMPROT et DADIMODO.

Contact : Sophie COMBET (DR CNRS) 01 69 08 67 20
sophie.combet@cea.fr