Dynamique structurale des recepteurs couplés au protéines G : etude sur molécules uniques

Structural dynamics of G-protein coupled receptors : a single molecule study

• Auteur / Autrice : Leo Bonhomme
• Direction : Emmanuel Margeat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2020
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CBS - Centre de Biologie Structurale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Structure et dynamique d'assemblages membranaires

Mots clés

Mots clés libres

Neurosciences

Molécules uniques

Rcpg

Biophysique

Microscopies avancées

Gpcr

Biophysics

Advanced microscopies

Neurosciences

Single molecules

Résumé

Les récepteurs métabotropes de glutamate (mGluR) sont des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) dont le mécanisme d'activation dépend de changements conformationnels modulés par la liaison des ligands. Ce sont des dimères, activés par le glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur du système nerveux central, et ils sont essentiels à la régulation de l'activité synaptique. A ce titre, ils représentent donc des cibles prometteuses dans le développement de médicaments. Récemment, nous avons utilisé le transfert d'énergie resonnant de Förster sur molécules uniques (smFRET), une technique qui permet de mesurer les distances et les changements de distance avec une résolution sub-nanométrique et sub-microseconde, pour mettre en évidence les transitions conformationnelles associées à l'activation du domaine extracellulaire de mGluR, à travers une collaboration avec l'équipe de JP Pin à l'IGF de Montpellier. Ce projet de thèse vise à atteindre une nouvelle étape dans notre compréhension de la fonction des RCPG, en mesurant pour la première fois à l'echelle de la molécule unique des récepteurs mGluR entiers, solubilisés, avec la résolution spatiale et temporelle élevée du smFRET. Le doctorant optimisera la production de mGluR (dans des cellules HEK), leur marquage (en utilisant des tags SNAP ou ACP, ou des acides aminés non naturels), leur stabilisation (en optimisant le choix de détergents). Si nécessaire, il sera également responsable de la reconstitution du récepteur dans des milieux mimant les membranes lipidiques tels que les liposomes ou les nanodisques. Enfin, il mesurera au niveau de la molécule unique la dynamique et les mouvements concertés des différents modules structuraux des dimères de mGluR complets, et l'influence de différentes drogues sur ce mécanisme.

Metabotropic glutamate receptors (mGluR) are multidomain G-protein coupled receptors (GPCRs) whose activation mechanism depends on major conformational changes, modulated by the binding of ligands. They are obligate dimers, activated by glutamate, the major excitatory neurotransmitter in the central nervous system, and they are essential to the regulation of synaptic activity, representing, therefore, promising targets in drug development. Recently, we have used single molecule Förster resonance energy transfer (smFRET), a technique that allows monitoring distances and distance changes with sub-nanometric and sub microsecond resolutions on single molecules, to decifer the conformational transitions associated with the activation of mGluR extracellular domain, through a collaboration with the team of JP Pin at the IGF in Montpellier. The present project aims at achieving a new breaktrough in our understanding of GPCR function, by monitoring for the first time the activation of solubilized, active, full length mGluR receptors at the single molecule level with the high spatial and temporal resolution offered by smFRET. The phD student will optimize mGluR production (in HEK Cells), labeling (using SNAP or ACP Tags, or unnatural amino acids), stabilization (using the optimal choice of detergents we have identified). If necessary, he/she will also be in charge of the receptor reconstitution into membrane-mimicking hosts such as liposomes or lipids nanodiscs. Then, he/she will measure at the single molecule level the dynamics and concerted motions of the various structural modules of full mGluR dimers, and the influence of drugs on this mechanism.