RMN, Biologie et Chimie Structurales

L’organisation cellulaire fait apparaître un nombre très élevé de molécules (protéines, acides nucléiques, petites molécules) dont le réseau des interactions permet le développement et la régulation de nombreux processus. Il est donc particulièrement important de comprendre comment ces composants moléculaires fonctionnent de façon isolée et au contact de leurs partenaires naturels.

La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est devenue une méthode essentielle pour déterminer la structure tridimensionnelle de ces macromolécules biologiques à très haute résolution, au même titre que la cristallographie des rayons X. La RMN nous permet également d’identifier de manière très fine les mouvements internes en termes de gamme de temps et de localisation structurale. D’autre part, elle représente une technique efficace pour caractériser structuralement les interactions intermoléculaires entre les différents familles de partenaires biologiques.

Plus généralement, la compréhension des propriétés de complexes moléculaires, de forte et de faible affinité, ouvre de grandes perspectives dans le contexte du développement de molécules biologiquement actives.

Si la RMN a prouvé son efficacité dans ce domaine, le développement de nouvelles méthodes permet d’étendre encore son champ d’applications.

La RMN joue également un rôle essentiel en chimie analytique et en particulier pour l’analyse de mélanges complexes de petites molécules, avec des applications en métabolomique, en chimie des substances naturelles ou encore pour l’élucidation de mécanismes réactionnels. Les développements méthodologiques, tout particulièrement sur les expériences multidimensionnelles, permettent d’étendre le potentiel de la RMN.

Organisation

L’équipe est divisée en trois axes différents :

  • Recherche en biologie structurale et méthodologie RMN

La recherche est centrée essentiellement sur l’analyse de la structure, de la dynamique et des interactions de macromolécules biologiques en solution par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Ces projets sont souvent à la limite des possibilités de la RMN en termes de taille des systèmes, solubilité, flexibilité et requièrent les meilleures instrumentations, disponibles dans l’équipe ainsi que les techniques les plus poussées, mises au point au laboratoire. En parallèle, plusieurs projets portent sur les développements méthodologiques pour la RMN multidimensionnelle rapide et pour l’augmentation en sensibilité par différentes techniques d’hyperpolarisation. Ceci nous amène à collaborer avec des groupes de biologistes ou de chimistes au niveau national du CEA, de l’INSERM, de l’INRA, de l’institut Pasteur, les universités de PARIS XI, de Nantes, de Marseille mais également au niveau international (EPFL Lausanne, Université de Southampton, …).
Lorsque nécessaire, nous utilisons également la meilleure technique adaptée, ce qui amène à utiliser la cristallographie des rayons X, la microcalorimétrie, les tests fonctionnels biologiques, la biologie cellulaire, la biochimie ainsi que la modélisation moléculaire.

La thématique « olfaction » est également développée et se concentre sur la compréhension de la complexité de la perception des odeurs au niveau moléculaire. À l’aide d’outils informatiques, de biochimie, de chimie, d’évolution et d’analyse sensorielle, il s’agit d’élucider la stratégie de notre corps pour percevoir son environnement volatil. Cela comprend l’établissement du lien entre la structure chimique d’une molécule odorante, les processus biologiques impliqués et la sensation qu’elle provoque. Nous sommes particulièrement intéressé par l’étude du rôle moléculaire des motifsd’acides aminés conservés au cours de l’évolution dans les récepteurs aux odorants et comment cela définit leur identité et leur structure au sein de la famille GPCR.

  • Service RMN

Nous perpétuons notre longue tradition de l’application de la RMN à la chimie. Les chimistes de l’ICSN disposent de plusieurs spectromètres (deux 300 MHz, deux 500 MHz, et un 600 MHz) en self-service pour des expériences simples, avec y compris passeur d’échantillons. Nous avons mis en place un système de réservation automatique de temps de spectromètre à travers le réseau interne, ainsi que la mise à disposition des données à l’utilisateur sur son compte.
Dans les cas plus difficiles, ils bénéficient de l’assistance d’ingénieurs de l’équipe qui réalisent les expériences nécessaires. Ces ingénieurs réalisent également des études RMN plus poussées pour la détermination de structure de produits de synthèse et de produits naturels, à la fois pour les chimistes de l’institut mais également de l’extérieur.

  • IR-RMN/Infranalytics (950 MHz)

Installé en décembre 2008, le spectromètre 950 MHz fait partie du réseau IR-RMN. L’IR-RMN a depuis fusionné avec les infrastructure Renard (RPE) et FT-ICR au sein de l’infrastructure Infranalytics. Pour plus d’information et réservation, visitez la page de l’IR.

Mots Clés

RMN, Protéines, Acides Nucléiques, Structure, Dynamique, Interactions, Récepteur couplé aux Protéines G, Olfaction

Compétences

Biologie Moléculaire, Production et purification des protéines, Marquage isotopique de protéines en cellules procaryotes et eucaryotes, RMN des protéines et des petites molécules, Cristallographie des rayons X, SAXS, Modélisation moléculaire, Détermination de structures, Enzymologie, Interactions moléculaires, biologie cellulaire

Équipements disponibles

Pour la Chimie et Biologie Structurales (plateforme RMNHC@UPSay) :

  • 5 Spectromètres RMN : 2 * 600 MHz liquide cryosonde TCI et QCI-19F ou TBI, 700 MHz liquide cryo TXO, 800 MHz liquide cryosonde TCI, et 950 MHz liquide cryosonde TCI, Samplejet, RMN haute pression, cluster 20 PCUs, et équipement pour la biologie moléculaire et purification.

Pour la détermination de structure en routine au service RMN (https://icsn.cnrs.fr/plateformes/rmn):

  • deux 300 MHz, deux 500 MHz, et un 600 MHz

Membres permanents

Nadine Assrir est chercheuse dans l’équipe d’Eric Guittet depuis 2012. Titulaire du DEA national de toxicologie (Paris Descartes) et d’un doctorat en biochimie, biologie moléculaire et cellulaire (Université Paris-Sud) préparé à l’Institut Gustave Roussy, elle s’intéresse à la relation entre la structure et la fonction des protéines ainsi qu’à l’incidence de cette relation sur les processus biologiques à la suite de modifications post-traductionnelles ou d’interactions moléculaires. A l’heure actuelle, elle étudie les répercussions, au niveau moléculaire, d’interactions sur des protéines impliquées respectivement dans la prolifération cellulaire (récepteur ErbB2), la réversion tumorale (Translationally controlled tumor protein TCTP) et la motilité cellulaire (inhibitor of apoptosis stimulating protein of p53, iASPP). Par ailleurs, elle est co-responsable de la plateforme FRISBI de production de protéines marquées en cellules eucaryotes associée à l’équipe. Enfin, Nadine Assrir est impliquée depuis plusieurs années dans l’enseignement de la biochimie à l’UVSQ, au niveau Licence et Master.

François Bontems est directeur de recherche (DR2) du CNRS. Après avoir fait son doctorat au Centre d’étude nucléaire de Saclay, sur l’étude de l’architecture des toxines de venin de scorpions, il a rejoint l’équipe de Jean-Yves Lallemand à l’Ecole polytechnique. il y a essentiellement travaillé sur un système couplant la traduction et l’inactivation d’ARN messagers lors de l’infection de la bactérie E. coli par le phage T4 (le système « RegB-S1 »). Il a ensuite intégré l’équipe de RMN de l’ICSN et partage actuellement son temps entre cette équipe et l’Unité de virologie structurale de l’Institut Pasteur. Son activité porte essentiellement sur l’étude des propriétés des protéines E et NS1 de Flavivirus (La fièvre jaune, la dengue, Zika), principales cibles du système immunitaire lors d’une infection. Pour ce faire il a développé et implanté à l’ICSN des outils permettant l’enrichissement en isotopes stables de ces protéines qui ne peuvent être produites en bactérie et le sont en cellules d’insecte et/ou de mammifère.Il est aussi organisateur de séminaires consacrés aux relations entre science et société et d’un cours Pasteur sur le même thème. Il est membre du comité de pilotage du Livre Blanc « Société, enseignement supérieur et recherche » préparé par l’ALLISS.

Claire de March chargée de recherche au CNRS (CRCN). Elle a suivi une formation en sciences et industrie des arômes à l’ISIPCA de Versailles et a eu une expérience industrielle en tant qu’analyste sensorielle dans le groupe Bel. Elle a obtenu son doctorat à l’Université Nice Côte d’Azur en 2015 où elle a étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la reconnaissance des molécules odorantes par des récepteurs olfactifs. De 2016 à 2022, elle a rejoint le laboratoire de Hiroaki Matsunami de Duke University (NC, USA) pour continuer à étudier comment les récepteurs olfactifs sont utilisés pour déclencher une perception olfactive cette fois ci du côté expérimental. Depuis 2022, elle a rejoint l’ICSN en tant que chargée de recherche CNRS. Elle utilise la synergie des approches in silico et in vitro pour établir le lien entre la structure chimique d’une molécule odorante, les processus biologiques impliqués et la sensation qu’elle provoque. Elle s’intéresse particulièrement au rôle des motifs d’acides aminés conservés au cours de l’évolution chez les récepteurs olfactifs et comment ils définissent leur identité et leur structure au sein de la famille GPCR. En dehors du laboratoire, elle pratique de nombreux types d’artisanat et la boxe thaïlandaise et aime se détendre avec ses amis et sa famille.

Jean-François Gallard est ingénieur d’étude.

Diego Gauto a obtenu son master en chimie (2009) et son doctorat en biologie computationnelle (2013) à l’école des sciences de l’Université de Buenos Aires, en Argentine. Immédiatement après son doctorat, il a effectué un postdoctorat en RMN des solutions à l’Institut de biologie moléculaire et cellulaire de Rosario (IBR), en Argentine, puis a déménagé en France pour commencer un poste postdoctoral à l’IBS (Institut de biologie structurale) avec Dr Paul Schanda pour étudier la structure et la dynamique des protéines par RMN à l’état solide et développer des méthodes d’élucidation structurale combinant RMN et CryoEM. Ensuite, il poursuit sa formation postdoctorale avec les Drs Sabine Hediger et Gaël De Paëpe au CEA, Grenoble afin de réaliser de la RMN à températures cryogéniques et en conditions DNP. Depuis 2020, il est chargé de recherche CNRS à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN), à Gif-sur-Yvette, où il s’intéresse à comprendre les bases structurales des cages protéiques et leur application en chimie et santé.

François Giraud est ingénieur d'études.

Eric Jacquet est chargé de recherche au CNRS.

Ewen Lescop is a CNRS senior scientist. He received his Ph.D. at the ICSN in the group of Eric Guittet, with a work on a honeybee odorant-binding protein. He then performed postdoctoral research at Beijing University (2004-2006, C. Jin, China) and the Institute of Structural Biology (2006-2007, B. Brutscher). In 2007 he returned to the ICSN to develop NMR methods for proteins and study a variety of biological systems with structural-biology approaches. Outside the lab, Ewen is a keen and active player of traditional folk music, especially breton music, and he always likes a good meal and a drink.

Nelly Morellet occupe un poste d’ingénieur de recherche à l’ICSN (CNRS-IRHC). Elle a obtenu un doctorat sous la direction de Jean-Claude Beloeil en 1989 à l’ICSN. De 1990 à 2010 elle a étudié par RMN plusieurs protéines virales (VIH-1, SIV, Birnavirus, Rotavirus…) dans l’unité de B.P Roques puis D.Scherman à la Faculté des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques, Paris. En 2010 elle a intégré l’équipe de Chimie et Biologie Structurales, à l’ICSN. Elle est impliquée dans plusieurs projets : la résistance aux antibiotiques (protéine NDM-1 et RNaseY), les transposases et transposases domestiquées (protéines PiggyBac et PiggyMac), et des protéines et récepteurs surexprimés dans le cancer du sein (ErB2).

Annie Moretto est technicienne au CNRS.

Naïma Nhiri est ingénieure de recherche au CNRS.

Christina Sizun a obtenu un doctorat en chimie physique en 2000 à l’Université Louis Pasteur à Strasbourg, où elle a appris la RMN de systèmes catalytiques. Elle a ensuite rejoint le groupe de Burkhard Bechinger à l’Institut Max Planck de Biochimie à Martinsried en tant que post-doc pour travailler en RMN du solide de peptides membranaires. Après un second post-doc chez Erick Dufourc à l’Institut Européen de Chimie et Biologie à Bordeaux, elle a été recrutée en 2003 en tant que chargée de recherche à l’ICSN, où elle a pu développer son intérêt pour la biologie structurale par RMN. Ses thématiques de recherche sont centrées sur la relation structure-fonction de protéines virales (virus respiratoire syncytial) en tant que membre d’un réseau collaboratif incluant l’INRA et l’Institut Pasteur. Elle participe aussi à l’un des projets dédiés aux cibles thérapeutiques du LabEx LERMIT (modulateur de l’axe de signalisation CXCL12/CXCR4). Elle s’investit dans l’enseignement de la RMN biologique et la biophysique dans plusieurs cursus universitaires.

Carine van Heijenoort est directrice de recherche au CNRS. Après un cursus en chimie à l’école normale supérieure de Saint Cloud – Lyon, elle a obtenu son doctorat en 1994 à l’ICSN sous la direction de Eric Guittet sur l’étude de la flexibilité interne d’une protéine toxine de plantes par RMN. Elle a été recrutée au CNRS en 1994 à l’ICSN, est allée faire un retour aux sources à Utrecht dans le groupe de Rob Kaptein et Rolf Boelens en 1999-2000 pour explorer la culture néerlandaise et les interactions protéine-protéine. De retour à l’ICSN, ses axes de recherche sont centrés sur la caractérisation des états multiples des protéines, avec un intérêt plus particulier autour des protéines intrinsèquement désordonnées et leurs interactions. Elle est actuellement coordinatrice du département de Chimie et Biologie Structurales et Analytiques de l’ICSN. En dehors du laboratoire, Carine est la maman de trois merveilleuses filles, elle pratique activement l’équitation, aime les chiens, les chats, la musique, la lecture et les discussions entre amis.

Membres non-permanents

Jiawei Dong est doctorant de l’Université Paris Saclay sous la direction de Christina Sizun. Sa thèse porte sur la caractérisation structurale de la protéine NS1 du virus respiratoire syncytial, impliquée dans l’échappement à la réponse immunitaire de l’hôte, et sur son interaction avec la sous-unité 25 du complexe Médiateur. Jiawei a suivi la spécialité Ingénierie et Chimie des Biomolécules du Master de Biologie Santé de l’Université Paris Saclay, après avoir obtenu une licence en Sciences de la vie et de la terre de l’Université de Strasbourg et un DUT en Génie biologique à l’Université de Lorraine.

Luce Dreno a obtenu en 2019 un diplôme d’ingénieur en chimie, spécialité Chimie-Biologie-Santé, de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM). Elle a orienté ses études à l’interface entre la chimie et la biologie grâce à sa spécialité mais aussi en réalisant un double diplôme, master Biologie Santé spécialité Chimie Médicinale Translationnelle, en dernière année d’école d’ingénieur. Intéressée par la recherche en biologie dans le domaine de la santé, elle a commencé un doctorat fin 2019 au sein de l’UMR981 (Prédicteurs moléculaires et nouvelles cibles en oncologie) à Gustave Roussy sous la direction d’Anne CHAUCHEREAU (CRHC-HDR) et en codirection avec Ewen LESCOP (DR2-HDR) au sein de l’ICSN (département Chimie et biologie structurales et analytiques). Ses travaux de thèse se concentrent sur l’étude de la protéine FKBP7, une nouvelle cible thérapeutique potentielle dans le cancer de la prostate chimiorésistant. Son travail associe des approches de biologies cellulaire et moléculaire à Gustave Roussy, ainsi que de biologie structurale à l’ICSN afin de mieux comprendre l’activité de cette protéine dans la résistance aux chimiothérapies à base de taxanes (docétaxel, cabazitaxel) utilisées dans les stades avancés du cancer de la prostate.

Clarisse Fourel a obtenu un diplôme d’ingénieur chimiste, spécialité chimie génie physique à l’ENSCBP (École Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique) à Bordeaux en 2023. Lors de sa dernière année, elle a suivi le module « Chimie et bioingénieurie » proposé par l’ENSTBB (École Nationale Supérieure de Technologie des Biomolécules de Bordeaux). Elle est actuellement en doctorat à l’ICSN sous la direction de Ewen Lescop et travaille également sous la supervision de Laurent Catoire à l’IBPC (Institut de Biologie Physico-Chimique) à Paris. Son sujet est le suivant : « sonder le couplage dynamique entre lipides et protéines membranaires par RMN sous pression hydrostatique ».

Štěpánka Nedvědová a obtenu son diplôme en Nutrition and Foodstuffs à Czech University of Life Sciences Prague. Elle a continué son parcours académique en poursuivant un doctorat au département de chimie de cette université, en se concentrant sur les fonctions biochimiques et physiologiques de la glutamate carboxypeptidase 2 chez Caenorhabditis elegans. Plus tard, elle a obtenu une bourse Barrande (thèse en cotutelle), ce qui lui a permis de suivre un programme de double diplôme avec l'Université Claude Bernard Lyon 1. Grâce à cette coopération, elle oriente ses recherches vers l'étude structurelle et d'interaction des protéines de la famille MEG de Schistosoma mansoni et leur implication dans l'apparition de la fibrose hépatique. En 2023, elle terminé avec succès ses études doctorales en chimie physique et analytique. Depuis janvier 2024, elle contribue au groupe de recherche du Dr Sizun, en se focalisant sur l'inhibition des interactions protéiques au sein du complexe polymérase ARN-dépendante du virus respiratoire syncytial (VRS).

Anciens membres (depuis 2014)

  • Jean-Nicolas Dumez (chargé de recherche (CRCN) au CNRS à l’ICSN (2014-2018). Jean-Nicolas a effectué une mobilité vers Nantes en 2018 au CEISAM.
  • Arthur Besle (CDD IT)
  • Hans Lafaille (CDD IT)
  • Prishila Ponien (CDD IT)
  • Oriane Frances (Thèse 2011-2015) : Sanofi (France).
  • Safa Lassoued (Thèse 2012-2015)
  • Adrien Le Guennec (Thèse 2012-2015) : Post-doc à University of Georgia (Etats-Unis).
  • Marion André (Thèse 2012-2015) : Cortecnet (France).
  • Stefano Caldarelli (Professeur 2012-2015)
  • Fataneh Fatemi (Thèse 2010-2013) : Université Beheshti de Téhéran (Iran)
  • Séverine Moriau (Thèse 2013-2016)
  • Nelson Pereira (Thèse 2013-2016)
  • Célia Deville (Thèse 2012-2015) : Post-doc à Birkbeck University (Royaume-Uni).
  • Ludmilla Guduff (thèse 2015-2018)
  • Florian Malard (Thèse 2016-2019)
  • Louise Pinet (Thèse 2016-2019)
  • Maria Grazia Concilio (Postdoc 2017-2018).
  • Corentin Jacquemoz (thèse 2017-) : en poursuite de thèse au CEISAM à Nantes.
  • Camille Doyen (Thèse 2017-2020)
  • Ghanem Hamdoun (Postdoc ).
  • Christophe Cardone (Thèse 2016-2019)
  • Claire-Marie Caseau  (Thèse 2017-2021)
  • Djabir Larkem (Thèse 2018-2021)
  • Silva Khodjoyan (Thèse 2020-2023)