Chimie verte et métalloenzymes artificiellesUne métalloenzyme artificielle (ArM) est un édifice hybride, fruit de l’ insertion d’un complexe inorganique de synthèse au sein d’une biomolécule de type ADN ou protéine. Le complexe inorganique est choisi en rapport avec la réaction visée. L’ensemble forme un catalyseur dont l’emploi est recommandé dans le cadre de l’évolution vers des méthodes de synthèse éco-compatibles et qui fonctionne dans des conditions douces en accord avec les principes de la chimie verte.

L’équipe Catalyse Bioinorganique et Environnement du laboratoire Chimie et Biologie des Métaux conçoit des ArMs dans le but de proposer de nouvelles méthodologies de catalyse pour des réactions d’oxydation. Dans ce cadre, cette équipe a mis au point plusieurs systèmes performants à base notamment de la protéine NikA (une protéine de transport du nickel sans propriétés enzymatiques) et de complexes de fer (un métal physiologique non toxique). Les ArMs peuvent également être créées à partir de métaux non-physiologiques et employées dans le but de réaliser des réactions que les enzymes natives ne savent pas faire.Pour illustrer cette thématique, les chercheurs de cette équipe, en collaboration avec le Pr Burzlaff,Université Friedrich Alexander (Allemagne), ont choisi de travailler avec un complexe de ruthénium. Ce complexe est un catalyseur d’époxydation des alcènes en milieu organique dont le manque d’efficacité est dû à sa dégradation rapide dans le milieu réactionnel. Afin d’en augmenter la stabilité, ils l’ont associé à la protéine NikA. Ils ont ensuite caractérisé d’un point de vue structural ce premier hybride à base de Ru, puis déterminé ses propriétés catalytiques. Cette nouvelle ArM s’est montrée extrêmement intéressante puisque, en plus de la stabilisation attendue, l’activation du complexe par la protéine a conduit de façon inattendue à la production sélective et spécifique de

chlorhydrines (Figure) en lieu et place des époxydes attendus. Cette ArM présente donc une réactivité unique et jamais décrite chez les enzymes artificielles et natives. De plus, et contrairement à une enzyme native, l’ArM accepte une large gamme de substrats présentant une double liaison plus ou moins activée et un encombrement stérique variable, offrant ainsi potentiellement un plus grand nombre d’applications.!Les chercheurs ont désormais pour but de rendre cette réaction chimique attractive d’un point de vue industriel et de proposer un catalyseur totalement éco-compatible en modifiant l’oxydant utilisé, un dérivé d’iode encore trop toxique. Cette étude illustre la puissance de l’association d’une protéine et d’un cœur catalytique synthétique et illustre le potentiel des nanosciences dans le domaine de la biocatalyse.

Contact : Caroline.Marchi-Delapierre !LCBM!

Laboratoire Chimie et Biologie des Métaux UMR 5249 - UGA - CEA - CNRS

La coordination du complexe au sein de la protéine via des interactions supramoléculaires provoque le départ d’un des groupements CO, observé par diffraction des rayons X, rendant possible l’entrée de l’oxydant dans la sphère de coordination du métal et donc l’activation dudit oxydant. Sur cette image, on peut voir le groupement CO 2 sur le point d’être libéré. En violet le motif Chlorhydrine.

Lettre scientifique n°56 - Juin 2017

Inspirés par les architectures du vivant

u ChloroKB : une représentation contextuelle du métabolisme végétal !Page 3

u Chimie verte et métalloenzymes artificielles !Page 1

u Un virus d’amibe contrôle à distance le noyau de son hôte !Page 2

u VE-cadhérine soluble : un nouveau biomarqueur ? !Page 2

Référence!Lopez S, Rondot L, Cavazza C, Iannello M, Boeri-Erba E, Burzlaff N, Strinitz F, Jorge-Robin A, Marchi-Delapierre C and Ménage S. Efficient conversion of alkenes to chlorohydrins by a Ru-based artificial enzyme. Chemical Communications, 2017

Ce travail regroupe des études de synthèse et de catalyse, cristallographie, biochimie et modélisation moléculaire et résulte d’une collaboration entre quatre équipes du laboratoire Chimie et Biologie des Métaux  : BioCE, BioCat, BioMet et MCT. Il est financé par l’ANR CrystalBall et une bourse de thèse du Labex ARCANE.

[oxydant] = PhI(OAc)2

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme et la première cause de mortalité par cancer des femmes européennes. Le cancer du sein métastatique est généralement considéré comme une maladie hétérogène dont la survie réelle des patientes peut varier de quelques mois à quelques années avec une survie médiane encore limitée à 24-30 mois après le diagnostic de métastases. La stratification des patientes en groupes de bon et de mauvais pronostic pourrait permettre une m e i l l e u r e p r i s e e n c h a r g e thérapeutique personnalisée. Pour c e f a i re , d e s b i o m a rq u e u r s permettant de prédire le devenir des patientes sont nécessaires.

VE-cadhérine soluble : un biomarqueur dans le cancer du sein métastatique et hormono-résistant ?

L’angiogenèse dans le cancer du sein participe à la croissance tumorale. Des chercheurs de l’équipe Mécanismes d'Invasion en Angiogenèse et dans le Cancer du laboratoire Biologie du Cancer et de l’Infection ont précédemment démontré [1] que les modifications structurales de la VE-cadhérine, un biomarqueur spécifique des cellules endothéliales, sont impliquées dans le contrôle de l'intégrité vasculaire. Ainsi, la phosphorylation et le clivage de la VE-cadhérine (voir lettre n° 41) sont deux processus qui participent à la déstabilisation des jonctions endothéliales.L’étude «  SEMTOF  » [2], promue par le centre Léon Bérard, a été conçue pour identifier des facteurs pronostiques biologiques chez des patientes atteintes de cancer du sein métastatique résistant à l’hormonothérapie. Cette étude a impliqué les chercheurs de l’équipe Mécanismes d'Invasion en Angiogenèse du fait de leur expertise sur la VE-cadhérine. Le travail mené sur la forme soluble de ce biomarqueur a montré qu’un taux élevé mesuré au moment du diagnostic est corrélé à un mauvais pronostic de survie. Par contre, un taux qui diminue après une chimiothérapie est associé à un bon pronostic.!

L’intérêt potentiel de la VE-cadhérine soluble en tant que biomarqueur de survie des thérapies anti-angiogéniques est en cours d’étude par ces deux équipes sur la cohorte COMET.

Contact : Isabelle Vilgrain BCI

Laboratoire Biologie du Cancer et de l'Infection UMR_S 1036 - CEA - Inserm - UGA

Un virus d’amibe contrôle à distance le noyau de son hôteLes microorganismes eucaryotes se distinguent des procaryotes (les bactéries et les archaebactéries) par la compartimentation stricte de leurs cellules qui sépare le noyau, où se déroule la réplication de l’ADN et sa transcription en ARN messagers, du cytoplasme, où les r ibosomes décodent les ARN messagers pour s y n t h é t i s e r l e s p r o t é i n e s correspondantes. Pour initier leur multiplication, les virus à génome ADN qui infectent une cel lule eucaryote (comme une amibe) doivent surmonter ce cloisonnement. Jusqu’à présent, on leur connaissait deux stratégies différentes : - soit directement transporter leur génome dans le noyau de la cellule hôte et y utiliser la machinerie cellulaire (virus dits « nucléaires »), - soit mettre en œuvre leur propre machinerie de transcription et de réplication au sein du cytoplasme de la ce l lu le in fectée (v i rus d i ts « cytoplasmiques »).

La caractérisation des protéomes des particules de plusieurs virus géants, réalisée par l’équipe Etude de la Dynamique des Protéomes du laboratoire Biologie à Grande Échelle, remet en cause cette dichotomie traditionnelle. En effet, même si les virus de la famille des Marseilleviridae se répliquent dans le cytoplasme et que leurs génomes possèdent les gènes codant pour leurs propres ARN polymérases, l’analyse du contenu protéique des virions n’a pas permis d’en révéler la moindre trace. Les Marseilleviridae ne peuvent donc pas initier leur cycle infectieux sans l’aide des ARN polymérases confinées dans le noyau de l’hôte qu’ils infectent. L’étude détaillée réalisée chez une amibe du cycle infectieux de Noumeavirus, un nouveau virus de la famille des Marseilleviridae, a permis de démontrer que l’infection virale déclenchait une perméabilisation temporaire du noyau de cette a m i b e d è s l e s p re m i è re s m i n u t e s . C e t t e perméabilisation rend alors possible le recrutement des enzymes nucléaires nécessaires à la transcription des gènes précoces du virus. Phénomène étonnant observé pour la première fois, le noyau cellulaire reprend son apparence normale après quelques heures, alors que la multiplication des particules virales bat son plein dans le cytoplasme.Ces résultats mettent en évidence un nouveau mode de réplication viral observé pour la première fois chez ce nouveau virus géant.!Cette découverte d’un mécanisme de contrôle à distance du noyau a plusieurs conséquences. Cela démontre le rôle essentiel des analyses protéomiques, en complément des analyses génomiques pour comprendre le mode de réplication et l’évolution des virus géants à ADN double-brin. Ensuite, elle ouvre de nouvelles pistes quant au mode d’infection mis en œuvre par d’autres grands virus à ADN dénués d’appareil transcriptionnel mais dont le passage par le

noyau de la cellule hôte n’a jamais été mis en évidence. Enfin, elle permet de proposer un modèle d’évolution réductive des grands virus à ADN en suggérant un mécanisme par lequel des virus initialement cytoplasmiques ont pu s’engager dans la perte progressive de leur autonomie vis-à-vis du noyau, en attendant d’évoluer vers la capacité d’y transporter leur génome.

Contact : Yohann Couté BGE

Laboratoire Biologie à Grande Échelle UMR_S 1036 - CEA - Inserm - UGA

Référence!Fabre E, Jeudy S, Santini S, Legendre M, Trauchessec M, Couté Y, Claverie JM and Abergel C. Noumeavirus replication relies on a transient remote control of the host nucleus. Nature Communications, 2017

Références![1] Vilgrain et al. Evidence for post-translational processing of Vascular Endothelial (VE)-Cadherin in brain tumors: Towards a candidate biomarker. PLoS One, 2013[2] Rochefort P, Chabaud S, Pierga JY, Tredan O, Brain E, Bidard FC, Schiffler C, Polena H, Khalil-Mgharbel A, Vilgrain I and Bachelot T. Soluble VE-cadherin in metastatic breast cancer: An independent prognostic factor for both progression-free survival and overall survival. British Journal of Cancer, 2017

Noyau (fluorescence verte, GFP) et « usine à virion » (bleu, DAPI) dans une amibe à un stage tardif d’infection par Noumeavirus. Après avoir diffusé dans toute la cellule, la fluorescence verte se retrouve confinée dans le noyau qui a retrouvé son intégrité structurale.!© IGS, CNRS-AMU.

La cohorte COMET est un enregistrement prospectif de 500 patientes ayant un cancer du sein métastatique et traitées par l’association de deux molécules : paclitaxel et bevacizumab.Clinicaltrials.gov #NCT01745757

20 µm

Si le métabolisme cellulaire est e x t r ê m e m e n t c o m p l e x e , e n particulier chez les plantes, il appara i t désormais poss ib le d’envisager une compréhension intégrée de celui-ci et d’en prédire le comportement. Ceci ne peut cependant se faire que grâce à des l o g i c i e l s a d a p t é s i s s u s d e d i ff é r e n t e s a p p r o c h e s d e modélisation.

C’est à cette tâche de modélisation que des chercheurs du laboratoire Physiologie Cellulaire & Végétale et du laboratoire Biologie à Grande Echelle se sont attelés. Ceci a conduit au développement de ChloroKB, une application Web dédiée à la plante modèle Arabidopsis thaliana et dont l’originalité majeure réside dans la représentation graphique du contexte biologique (localisation subcellulaire des protéines et des métabolites, complexes protéiques, régulations fines).A l’issue d’un travail de cinq ans, mobilisant biologistes et bioinformaticiens, il est désormais possible, grâce à ChloroKB, d’explorer de manière interactive le réseau métabolique du chloroplaste et de ses inter-connexions. Ce réseau a été reconstruit manuellement en intégrant plus de 1100 protéines, 1500 métabolites et 700 complexes, localisés dans 5 compartiments subcellulaires. ChloroKB génère des cartes graphiques b a s é e s s u r l e s t a n d a r d d e m o d é l i s a t i o n « CellDesigner ». Il est possible de naviguer de manière dynamique au sein de ces cartes (au format vectoriel)

qui représentent les voies métaboliques ainsi que les processus d’assemblage et de régulation des protéines impliquées dans ces voies. La prise en compte du contexte biologique, l’intégration de données hétérogènes expertisées et l’organisation hiérarchique des processus biologiques font de ChloroKB un outil visuel analytique très original dans le paysage actuel des bases de données métaboliques. La publication de ChloroKB constitue une ressource essentielle pour une modélisation quantitative et prédictive du métabolisme des plantes.

Référence!Gloaguen P, Bournais S, Alban C, Ravanel S, Seigneurin-Berny D, Matringe M, Tardif M, Kuntz M, Ferro M, Bruley C, Rolland N, Vandenbrouck Y and Curien G. ChloroKB: A web-application for the integration of knowledge related to chloroplast metabolic network. Plant Physiology, 2017

ChloroKB, une représentation contextuelle du métabolisme végétal

Contacts : Gilles Curien !LPCV!

Laboratoire Physiologie Cellulaire & Végétale UMR 5168 - CEA - CNRS - UGA - Inra

Yves VandenbrouckBGE

Laboratoire Biologie à Grande Échelle UMR_S 1036 - CEA - Inserm - UGA

ChloroKB. A - Extrait et zoom de ChloroKB avec la Glycine prise comme exemple. B - Extrait d’une carte métabolique.!C - Légende donnant une indication de la richesse de ChloroKB.

A

B

C

Ce travail a été financé par le Labex GRAL.

20 µm

Les laboratoires

BCIBiologie du Cancer et de l'InfectionUMR_S 1036CEA/Inserm/UGA BGEBiologie à Grande ÉchelleUMR_S 1038CEA/Inserm/UGA!

CBM Chimie et Biologie des MétauxUMR 5249CEA/CNRS/UGA PCV Physiologie Cellulaire & VégétaleUMR 5168CEA/CNRS/UGA/Inra

GPC Groupe Physiopathologie du Cytosquelette BIG et UMR_S 1216 UGA/Inserm/CEA/CHU

Directeur de la publication Jérôme Garin!Éditeur et format électronique Pascal Martinez — Pascal.Martinez@cea.fr!Comité de rédaction!Yohann Couté, Gilles Curien, Caroline Marchi-Delapierre, Yves Vandenbrouck, Isabelle Vilgrain.!Institut de Biosciences et Biotechnologies de Grenoble http://big.cea.fr http://big.cea.fr/drf/big/actu/lettresCEA-Grenoble 17 avenue des Martyrs 38 054 Grenoble cedex 09 Responsable : Jérôme Garin Tel. : 04 38 78 45 01 Fax : 04 38 78 51 55

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