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Effet du confinement dans les liaisons protéine-ligand

Responsables :

Nicolas Taulier et Marcel Waks

Résumé

Les propriétés conformationelles et thermodynamiques (e.g. constante d’association) des protéines sont généralement étudiées dans des solutions aqueuses très diluées en protéines. Cependant 15 à 30 % du volume d’une cellule est occupé par des macromolécules diverses (dont les protéines), et un nombre croissant d’études démontrent que le confinement induit un changement dans la stabilité des conformations des protéines [1], mais aussi peut induire une plus grande propension à former des agrégats ou des fibres amyloïdes [2]. Ces faits démontrent que les propriétés d’une protéine sont différentes selon qu’elle est ou non confinée. En particulier, on s’attend à ce que les propriétés de liaisons d’une protéine dépend aussi de son confinement. Ce problème a une importance vitale dans le domaine pharmaceutique où la conception de médicament est fortement lié à l’optimisation de sa constante d’association,K_{b}, à une molécule ou protéine cible. Comme la mesure de cette constante est toujours effectuée dans des milieux dilués, l’efficacité d’un médicament dans un milieu in vivo (i.e. confiné) n’est jamais assurée. Ce projet propose donc d’étudier l’effet du confinement sur la constante d’association entre des protéines et des ligands. La mesure de K_{b} s’effectuera par des expériences de titration (augmentation du rapport molaire ligand sur protéine) où seront mesurées entre autres les densités et les vitesses ultrasonores du milieu. Nous étudierons deux types de confinement : le premier appelé cloisonnement consiste à enfermer la protéine et le ligand dans une micelle inverse, le deuxième appelé surpeuplement consiste à ajouter une forte concentration d’osmolytes. L’étude des variations de K_{b} en fonction du niveau de confinement nous permettra de caractériser l’effet du confinement d’un point vu énergétique (par le calcul de l’énergie libre, l’enthalpie et l’entropie) et du point de vue de l’hydration (i.e. des molécules d’eau en interaction avec la protéine). Pour la détermination de la contribution d’hydratation, des simulations seront nécessaires et seront effectué en collaboration avec P. Fuchs (EBGM, Paris 7).

Méthodes utilisées :

  • Technique volumétrique (Mesure de densité et de vitesse ultrasonore de grande précision)
  • Spectromètre de dichroïsme circulaire
  • Simulations numériques de dynamique moléculaire

[1] The effect of macromolecular crowding on protein aggregation and amyloid fibril formation. L.A. Munishkina, E.M. Cooper, V.N. Uversky, and A.L. Fink. J. Mol. Recognit. 17 (2004) 456-464.

[2] Crowding and hydration effects on protein conformation : a study with sol-gel encapsulated proteins. D.K. Eggers and J.S. Valentine. J. Mol. Biol. 314 (2001) 911-922.