PROJETS Dr Philippe HUETZ

Premier projet : étude théorique du repliement des protéines.

Le repliement des protéines constitue l'un des plus fascinants problèmes de biophysique fondamentale que depuis quelques décennies les chercheurs s'acharnent à résoudre. Dans les cellules, ce passage d'un état dit "dénaturé", c'est-à-dire d'un polymère plus ou moins statistique, de la chaîne polypeptidique néosynthétisée à un état dit "natif", où la protéine adopte la conformation (moyenne) unique et fonctionnelle qui la caractérise, est épaulé par des molécules dites chaperones. Mais pour la majorité des protéines globulaires, ce phénomène est spontané en solution aqueuse lorsque l'on passe de conditions dénaturantes à des conditions renaturantes, et traduit donc une propriété intrinsèque de la chaîne polypeptidique. Un simple calcul révèle qu'une protéine, composée de quelques dizaines à plusieurs milliers d'acides aminés, ne peut se replier en explorant l'espace de toutes les conformations possibles, qui s'élèverait à 3100 pour une petite protéine de 100 résidus, ce qui à l'échelle de temps de la dynamique moléculaire mettrait environ 1027 ans à se réaliser. Or le temps effectivement nécessaire pour atteindre la conformation native varie entre la milliseconde et la minute.

 

La nature des forces motrices à l'origine de ce phénomène reste encore mal comprise, et bien que l'établissement progressif des interactions hydrophobes semble jouer un rôle prépondérant, l'approche purement thermodynamique se heurte à la constatation déroutante que, dans des conditions physiologiques, l'état natif n'est que marginalement plus stable par rapport à l'ensemble des conformations dénaturées (environ 40 kJ/mol de protéine). Bien que les états natifs de protéines différentes peuvent être assez similaires, une protéine donnée ne va adopter qu'un seul et unique état replié, ce dernier étant codé par l'ordre des acides aminés de la chaîne polypeptidique. Le problème du repliement des protéines est de prédire la structure tridimensionnelle compacte, quasi cristalline, d'une protéine, à partir de la connaissance de sa séquence en monomères.

 

La découverte de ce second code génétique aurait un impact fondamental pour la biologie médicale, pour le design ab initio de nouvelles protéines (biosenseurs, enzymes, hormones, médicaments...), pour décoder la masse d'information génétique obtenue par le projet Génome Humain, et tenter de comprendre les structures et fonctions de toutes les séquences protéiques déterminées chaque jour dans les laboratoires. La cristallisation des protéines, permettant leur analyse aux rayons X, procède en effet par tâtonnement, et les protéines membranaires sont difficiles voire impossibles à cristalliser ; de même l'analyse par RMN multidimensionnelle, permettant l'approche de la structure d'une protéine en solution, est sujette à l'utilisation de modèles et devient trop complexe pour des molécules de haut poids moléculaire.

 

Le but de mon projet est d'essayer de comprendre le repliement des protéines en abordant le problème sous des angles théoriques tels que : la théorie des nœuds, la théorie des nombres, le chaos déterministe.

Deuxième projet : interaction des ultrasons avec la matière biologique.

Ce projet, de nature à la fois théorique et expérimentale, vise à étudier l'interaction d'ondes ultrasonores spécifiques avec des tissus/cellules sains/cancéreux, des virus ou des bactéries, pour tenter de déterminer des fréquences de résonance propres de ces systèmes. Ce travail est mené en conjonction avec celui d'Abdeslam Bentaleb, qui, dans un but analogue, s'intéresse à l'utilisation des ondes infrarouges.

 

Quelques exemples de l'utilisation des ultrasons pour la mesure de paramètres biophysiques :

 

- Il a été montré que des auto-assemblages protéiques ou nucléoprotéiques absorbent davantage les ultrasons que leurs sous-unités dissociées. Ce phénomène a par exemple été observé sur de petits virus icosaédriques de plantes, le virus de la mosaïque du tabac, des microtubules, des hémocyanines, etc. En fait, dans un milieu aqueux où les changements de volume molaire sont importants, les amplitudes de relaxation ultrasonore sont proportionnelles aux fluctuations volumiques. Il est ainsi possible d'appréhender sur de tels systèmes la somme des fluctuations directement reliées à leur état auto-organisé.

- Les ultrasons, qui permettent de caractériser des réactions chimiques rapides, ont été appliqués à l'étude de réactions de transfert de protons, notamment au site catalytique d'enzymes protéolytiques à sérine, tels l'alpha-lytic protéase ou l'alpha-chymotrypsine.

- Etude de transitions conformationnelles de macromolécules en solution (exemple : la transition hélice-polymère statistique de la poly-L-ornithine).

- Détermination de la compressibilité adiabatique de protéines globulaires.

- Etude de bicouches lipidiques (DMPC, DPPC) contenant du cholestérol (propriétés de fluctuation membranaire, viscoélasticité).