Mécanisme de photo-activation de l'OCP étudié par série à résolution temporelle cristallographie et spectroscopie RMN

Photo-activation mechanism of OCP studied by time-resolved serial crystallography and NMR spectroscopy

• Auteur / Autrice : Rory jack lachlan Munro
• Direction : Jacques Philippe Colletier, Bernhard Brutscher
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Structurale et Nanobiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie structurale (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe dynamique et cinétique des processus moleculaires

Mots clés

Mots clés libres

Photo-activation

Ocp

Série à résolution temporelle cristallographie

Spectroscopie RMN

Photo-activation

Ocp

Time-resolved serial crystallography

NMR spectroscopy

Résumé

La protéine caroténoïde orange (OCPO) est une protéine photoactive impliquée dans photoprotection des cyanobactéries. Lors de l'exposition à la lumière bleue, le pigment caroténoïde subit un 12 Å translocation de l'interface entre les domaines N-terminal (NTD) et C-terminal (CTD) de l'OCP en la NTD, provoquant un décalage spectral et conduisant à une séparation des deux domaines (OCPR). Ces caractéristiques ouvrent la possibilité de concevoir rationnellement des variantes OCP adaptées aux applications optogénétiques et régulation de l'absorption de lumière dans les systèmes photosynthétiques artificiels. Cependant, une ingénierie rationnelle est nécessaire pour s'égarer de la fonction naturelle et de ses limites, et de convertir OCP en l'excellent photoswitch nécessaire pour fins biotechnologiques. Récemment, un mécanisme de photoactivation a été proposé pour l'OCP. Nous proposons une étude de cristallographie synchrotron série résolue par minuterie sur des microcristaux OCP complétée par RMN en solution spectroscopie couplée à un éclairage laser in situ pour obtenir des informations de résolution atomique sur les changements induits par la lumière dans la structure et la dynamique conformationnelle dans l'OCPR état, et pour tester la proposition mécanisme de photoactivation). Nos résultats ouvriront la voie à l'amélioration des propriétés photophysiques de l'OCP.

The Orange Carotenoid Protein (OCPO) is a photoactive protein involved in photoprotection of Cyanobacteria. Upon exposure to blue light, the carotenoid pigment undergoes a 12 Å translocation from the interface between the N-terminal (NTD) and the C-terminal (CTD) domains of OCP into the NTD, causing a spectral shift and leading to a separation of the two domains (OCPR). These characteristics open the possibility to rationally engineer OCP variants suited for optogenetic applications and for the regulation of light uptake in artificial photosynthetic systems. However, rational engineering is required to stray from the natural function and its limitations, and to convert OCP into the excellent photoswitch needed for biotechnological purposes. Recently, a photoactivation mechanism was proposed for OCP. We propose a timeresolved serial synchrotron crystallography study on OCP microcrystals complemented by solution NMR spectroscopy coupled with in-situ laser illumination to obtain atomic-resolution information on the lightinduced changes in structure and conformational dynamics in the OCPR state, and to test the proposed photoactivation mechanism). Our results will pave the way to improving the photophysical properties of OCP.