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Thèmes de recherche

Protéines cibles


Identification de protéines cibles de radionucléides tels que l'uranium,  de lanthanides ou de métaux toxiques comme le cadmium et développement de systèmes de fixation spécifiques de ces métaux pour leur extraction sélective d'environnements  pollués

Publié le 30 juillet 2015
Certains métaux non biologiques comme le cadmium ou l'uranium présentent une toxicité chimique et/ou radiologique importante. Il est donc d'intérêt d'identifier les protéines cibles de ces toxiques, et de développer des systèmes de fixation de bonne affinité et de grande sélectivité afin de l'extraire sélectivement de milieux contaminés. La grande diversité de structures adoptées par les protéines ou peptides suggère la possibilité de les utiliser comme architectures fixant les radionucléides avec une bonne spécificité.

Des protéines pour la biodétection et la bioremédiation de toxiques métalliques

Les radionucléides présents dans l'environnement posent des problèmes de toxicité parfois à grande échelle. Au laboratoire, nous étudions les protéines cibles afin de mieux comprendre leurs mécanismes de toxicité. Nous développons également par ingénierie des protéines, des architectures chélatantes de bonne affinité et de grande sélectivité dans des buts de bioremédiation, de décorporation ou de biodétection.

Identification et caractérisation de cibles protéiques

Un de nos objectifs est d'identifier les interactions stables protéine-métal établies dans le contexte cellulaire. L'identification de ces cibles a pour but d'une part de mieux comprendre certains aspects de la toxicité des métaux et d'autre part de sélectionner des protéines présentant une bonne affinité et spécificité pour le métal d'intérêt dans le contexte cellulaire.

Crédits : Frédéric CHARTIER DEN/CEA
 

L'identification des « métalloprotéomes » et des interactions protéines métal in vivo est un domaine en plein essor qui fait appel à différentes stratégies pour séparer et identifier les protéines d'intérêt. Nous combinons l'électrophorèse 2D en conditions non dénaturante et l'utilisation de radioisotopes (comme le 109Cd) ou des approches de cartographie par fluorescence pour identifier les interactions protéine-uranium.

Dans ce cadre, nous avons déposé une brevet pour un procédé de détection non destructif d'interactions protéines uranium sur gels d'électrophorèse.

Reference : Chartier F,  Calvaire E, Berthomieu C, Vercouter T, Lemaire D, Sauge-Merle S (2013) Procédé de détection non destructif d'interactions protéines uranium sur gels d'électrophorèse n° 1000199661.

 

Propriétés des sites métalliques dans les protéines étudiées par spectroscopie IRTF

Nous sommes impliqués dans l'étude des relations structure-propriétés des sites métalliques d'un point de vue plus fondamental par spectroscopie IRTF notamment par le développement et l'exploitation du domaine infrarouge lointain où contribuent les vibrations métal-ligand.

La mise au point d'une approche de dialyse –couplée à l'acquisition de spectres en mode de réflexion totale atténuée, nous permet d'identifier dans le domaine IR moyen, les changements structuraux associés à la fixation d'un métal dans une protéine et la nature des groupements chimiques impliqués dans la coordination du métal (Gourion-Arsiquaud et al. 2005, Vidaud et al. 2007).

 Illustration de l’utilisation du dispositif de dialyse couplé à l’ATR pour enregistrer les changements spectraux associés à la fixation de fer par la transferrine.  Crédits : Catherine Berthomieu/ CEA

 

Le développement d'approches de spectroscopie IRTF en mode différentiel pour étudier des protéines en solution dans le domaine infrarouge lointain a bénéficié d'un financement ANR (ANR-08-PCVI-0011) et de collaborations avec R. Hienerwadel (UMR 7265 – LGBP), D. Berthomieu (ENSC-Montpellier), et J.B. Brubach et P. Roy de la ligne AILES du synchrotron SOLEIL. En couplant électrochimie et spectroscopie IRTF dans le domaine IR-lointain, nous avons étudié les propriétés des hèmes ainsi que les sites métalliques de la superoxyde dismutase à Cu,Zn (Marboutin et al. 2011), ou de l'azurine. Avec la protéine modèle azurine, nous avons montré qu'il est possible de détecter des liaisons hydrogène intermoléculaires impliquant des molécules d'eau vers 200 cm-1 et les conséquences de ces liaisons sur les propriétés des liaisons métal-ligand (Vita et al. 2013).

Notre objectif est à présent d'étudier les propriétés du centre métallique Mn4-Ca-O5, où se produisent les réactions d'oxydation de l'eau en oxygène moléculaire dans le photosystème II.


Cellule électrochimique et analyse de l'influence de la température sur les vibrations intermoléculaire impliquant le solvant eau ; répercussion sur le mode IR Cu-His (Vita et al. 2013).

 

Références bibliographiques 

 

  • Gourion-Arsiquaud S, Chevance S, Bouyer P, Garnier L, Montillet JL, Bondon A, Berthomieu C (2005) Identification of a Cd2+ and Zn2+ binding site in cytochrome c using FTIR coupled to an ATR micro-dialysis set-up and NMR spectroscopy. Biochemistry 44, 8652-8663.
  • Vidaud C, Gourion-Arsiquaud S, Rollin-Genetet F, Albert C, Plantevin S, Pibbe O, Berthomieu C, Quemeneur E (2007) Structural consequences of UO22+ binding to apotransferrin : can this protein account for uranium entry into human cells ? Biochemistry 46, 2215-2226.
  • Marboutin L, Petitjean H, Xerri B, Vita N, Dupeyrat F, Flament JP, Berthomieu D, Berthomieu C (2011) Profiling the active site of a cuproenzyme through its far-infrared fingerprint (680-50 cm-1). Angew Chem Int Ed Engl. 50, 8062-8066.
  • Vita N, Brubach JB, Hienerwadel R, Bremond N, Berthomieu D, Roy P, Berthomieu C (2013) Electrochemically-induced far-Infrared difference spectroscopy on metalloproteins using advanced synchrotron technology. Anal. Chem. 85, 2891-2898.