Ingénierie de protéines membranaires contrôlées par la lumière pour l'optogénétique et la biologie synthétique

par Mathilde Folacci

Projet de thèse en Biologie Structurale et Nanobiologie

Sous la direction de Michel Vivaudou.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Institut de Biologie Structurale (laboratoire) et de Groupe Canaux (equipe de recherche) depuis le 03-09-2018 .


  • Résumé

    Avec l'avènement de l'optogénétique au cours de la dernière décennie, le contrôle de fonctions biologiques par la lumière est devenu une véritable alternative aux méthodes pharmaceutiques ou électriques. L'optogénétique s'est initialement appuyée sur des canaux et transporteurs photosensibles issus d'organismes inférieurs, mais s'étend désormais à des protéines humaines plus pertinentes. Le projet vise à modifier des canaux ioniques et récepteurs couplés aux protéines G pour les rendre photosensibles. La stratégie consistera à coupler des molécules photosensibles aux protéines afin de modifier leur conformation sous illumination. Elle reposera sur la modélisation moléculaire, l'ingénierie protéique, l'expression hétérologue en ovocytes de xénope, et la caractérisation électrophysiologique. Les protéines cibles, déjà étudiées dans l'équipe, seront le canal K+ sensible à l'ATP Kir6.2, le canal K+ activé par les protéines G Kir3 et le récepteur opioïde DOR. Nous avons déjà réussi à construire un canal Kir6.2 inhibé par la lumière. Les tâches consisteront à concevoir: 1) un canal Kir6.2 activé par la lumière, 2) des canaux Kir3 inhibés et activés par la lumière, et 3) et des récepteurs DOR inhibés et activés par la lumière. Le projet fournira des outils utiles pour la recherche fondamentale et appliquée en optogénétique et en biologie synthétique, et servira à établir un cadre pour la conception de protéines membranaires photosensibles.

  • Titre traduit

    Engineering of light-controlled membrane proteins for optogenetics and synthetic biology


  • Résumé

    With the advent of Optogenetics in the last decade, the control of living tissues by light is becoming a real alternative to pharmaceutical or electrical methods. Optogenetics relied initially on light-driven channels and transporters from lower organisms, but is now expanding toward more relevant human proteins. Following this movement, our project aims at modifying natural ion channels and G-protein coupled receptors to render them light-sensitive. The strategy will consist in attaching photosensitive molecules to the proteins in order to change their conformation upon illumination. Attachment points will be identified by molecular dynamics simulation. Experimental tests will be conducted on engineered proteins expressed in model cells and characterized by biophysical techniques. The target proteins, already studied in the team, will be the ATP-sensitive potassium channel Kir6.2, the G-protein activated potassium channel Kir3, and the opioid receptor DOR. We have already succeeded in designing a light-inhibited Kir6.2 channel by grafting a photosensitive blocker. The tasks will be to design: 1) a light-activated Kir6.2 channel, 2) light-inhibited and light-activated Kir3 channels, and 3) and light-inhibited and light-activated DOR receptors. The project will provide useful tools for basic and applied research in optogenetics and synthetic biology, and serve to establish a framework for designing light-sensitive membrane proteins.