Étude des relations structure-dynamique-fonction au sein de l'acétylcholinestérase

Structure - dynamics - function relationships in acetylcholinesterase

• Auteur / Autrice : Jacques-Philippe Colletier
• Direction : Martin Weik, Joseph Zaccai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cristallographie et RMN biologiques
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alzheimer, Maladie d'

Acétylcholinestérase

Mots clés libres

Paysage conformationnel

Trafic de substrats et produits

Cristallographie cinétique

Résumé

L'acétylcholinestérase est une enzyme très rapide, essentielle à la neurotransmission cholinergique. Elle est la cible de toutes les molécules actuellement utilisées dans le traitement de la maladie d'Alzheimer, et les progrès à venir dans la modulation de son activité réclament une connaissance plus fine de sa structure et de sa dynamique. Dans cette thèse, nous décrivons trois approches expérimentales ayant permis d'obtenir des informations structurales sur la dynamique de l'acétylcholinestérase. Nous rapportons, dans un premier temps, la structure de cette enzyme en complexe avec un putatif médicament anti-Alzheimer de seconde génération. Nous décrivons, par ailleurs, une approche de mise à l'équilibre réactionnel de complexes enzyme/substrat cristallins, grâce à laquelle. Le trafic des substrats au sein de l'acétylcholinestérase a pu être suivi structuralement. Nous présentons, enfin, le développement d'une stratégie nouvelle en cristallographie cinétique des protéines, basée sur l'utilisation d'un précurseur photosensible du produit de réaction enzymatique, sa photolyse in-crystallo par le biais d'un laser, et l'application subséquente de profils de température adéquats afin de permettre la survenue des mouvements moléculaires nécessaires à l'expulsion des produits de photolyse. Prises conjointement, les différents résultats de cette thèse permettent une description détaillée du trafic des substrats et produits au sein de l'acétylcholinestérase, et fournissent un aperçu structural de son paysage conformationnel.

Acetylcholinesterase is a very rapid enzyme, essential in the process of nerve impulse transmission at cholinergic synapses. It is the target of ail currently approved anti-Alzheimer drugs and further progress in the modulation of its activity requires structural as weil as dynamical information. Here we report three experimental approaches that allowed to gain structural insight into the dynamics of acetylcholinesterase. First, the structure of its complex with a putative second-generation anti-Alzheimer drug is presented. Next, a steady-state approach for determining atomic-resolution structures of enzyme/substrate complexes is detailed, which allowed to structurally follow the trafflc of substrates within the active site of the acetylcholinesterase. Lastly, a new kinetic-crystallography strategy is described, in which a photolabile precursor of the enzymatic product is cleaved in-crystallo by me ans of UV-laser irradiation, and the molecular motions necessary for the expulsion of photolysis products to occur triggered by temperature-controlled X-ray crystallography. Taken together, the results described herein permit a detailed description of the traffic of substrates and products within acetylcholinesterase, and provide insights into its conformational energy landscape.