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Dynamique fonctionnelle des protéines

 

Chercheurs permanents:

 

Thésards/post-docs

Bo Zhuang (thèse)

Description du thème:


Le fonctionnement des protéines dépend de leur capacité à adopter des configurations distinctes de façon efficace. Nos recherches portent sur la dynamique interne associée à ces changements spécifiques, en particulier dans des protéines impliquées dans la catalyse enzymatique et la transduction du signal. Les changements les plus rapides et les plus spécifiques s'effectuent sur l'échelle des vibrations internes de la protéine. Ainsi, nous utilisons et nous développons des techniques de spectroscopie femtoseconde afin de sonder ces mouvements en temps réel. Une partie des projets concernent des hémoprotéines, perturbées de façon impulsive par la dissociation d'un ligand à l'aide d'une impulsion lumineuse. D'autres projets nous étudions, ou exploitons, le transfert de charges photoinduit dans les flavoprotéines. Ici, nous étudions le transfert fonctionnel de charges dans des chaînes composées de flavine et de résidues aromatiques, comme celles des cryptochromes et des photolyases, et nous utilisons la grande sensitivité de la cinétique de transfert d'électron de la configuartion du paire donneur-accepteur comme sonde locale de la configuration. Nous tentons de comprendre la dynamique au niveau moléculaire de façon détaillée en combinant des études expérimentales et des simulations de dynamique moléculaire.

Les projets actuels incluent la dynamique dans une nouvelle classe de protéines à hème senseurs de CO, et la dynamique de la configuration du site actif du flavoenzyme ThyX. Ces deux projets sont menés en collaboration avec  l'équipe Mécanismes moléculaires adaptatifs dans des systèmes microbiens (U. Liebl, H. Myllykallio).

En grande partie, le développement de ces travaux s'effectue en synergie avec d'autres thèmes du laboratoire, en particulier  "Mécanismes moléculaires adaptatifs dans des systèmes microbiens" et la "Spectroscopie et contrôle cohérents dans des systèmes biologiques ", ainsi que des collaborations externes.

Contact : marten.vos at polytechnique.edu

 

 

                                                                         

Evidence d'échange extrêmement rapide entre NO et H2O comme ligands de l'hème dans la protéine senseur bactérienne YddV en utilisant la spectroscopie d'absorption transitoire et les simulations MD. Voire Lambry, et al. (2016)  J. Phys. Chem. Lett. 7, 69-74

 

 

                                                                                             Characterisation dynamique du site actif très flexible du flavoenzyme ThyX  par spectroscopie de fluorscence resolue en temps en utilisant le quenching de la fluorescence du FAD par transfert d'électrons du Tyr91 comme sonde. Voire Laptenok, et al. (2013)  Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, 8924-8929

 

 

 

Publications récentes selectionnées:


Salman, M., Villamil Franco, C., Ramodiharilafy, O., Liebl, U. & Vos, M.H. (2019) Interaction of the full-length heme-based CO sensor protein RcoM-2 with ligands, Biochemistry 58, 4028-4034

Nag, L., Lukacs, A & Vos, M.H. (2019) Short-lived radical intermediates in the photochemistry of glucose oxidase, ChemPhysChem 20, 1793-1798

Kapetanaki, S.M., Burton, M.J., Basran, J., Uragami, C., Moody, P.C.E., Mitcheson, J.S., Schmid, R., Davies, N.W., Dorlet, P., Vos, M.H., Storey, N.M. & Raven, E.L. (2018) A mechanistic basis for understanding the interplay of heme and CO in ion channel regulation, Nature Comm. 9, 907 (correction Nature Comm. 9, 3354)

Nag, L., Sournia, P., Myllykallio, H., Liebl, U. & Vos, M.H. (2017) Identification of the TyrOH●+ radical cation in the flavoenzyme TrmFO, J. Am. Chem. Soc. 139, 11500-11505 (correction J. Am. Chem. Soc. 139, 15554)

Vos, M.H., Reeder, B.J., Daldal, F. & Liebl, U. (2017) Ultrafast photochemistry of the bc1 complex; Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 6807-6813   (correction Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 9320)

Brettel, K, Byrdin, M. & Vos, M.H. (2016) Ultrafast light-induced processes in DNA-photolyase and its substrate-bound complex in Ultrafast Dynamics at the Nanoscale: Biomolecules and Supramolecular Assemblies (Burghardt, I. &Haacke, S., Eds.) Pan Stanford, Singapore, pp. 65-90

Ferrante, C., Pontecorvo, E., Cerullo, G., Vos, M.H. & Scopigno, T. (2016) Direct observation of sub-picosecond vibrational dynamics in photoexcited myoglobin, Nature Chem. 8, 1137-1143

Bouzhir-Sima, L., Motterlini, R., Gross, J., Vos, M.H. &  Liebl, U. (2016) Unusual Dynamics of Ligand Binding to the Heme Domain of the Bacterial CO Sensor Protein RcoM-2, J. Phys. Chem. B 120, 10686-10694

Lambry, J.-C., Stranava, M., Lobato, L., Martinkova, M., Shimizu, T., Liebl, U. & Vos, M.H. (2016) Ultrafast spectroscopy evidence for picosecond ligand exchange at the binding site of a heme protein: heme-based sensor YddV, J. Phys. Chem. Lett. 7, 69-74

Fojtikova, V., Stranava, M., Vos, M.H., Liebl, U., Hranicek, J., Kitanishi, K., Shimizu, T. & Martinkova, M. (2015) Kinetic Analysis of a Globin-coupled Histidine Kinase, AfGcHK: Effects of the Heme Iron Complex, Response Regulator and Metal Cations on Autophosphorylation Activity, Biochemistry 54, 5017-5029

Vos, M.H. & Liebl, U. (2015) Time resolved infrared spectroscopic studies of ligand dynamics in the active site from cytochrome c oxidase, Biochim. Biophys. Acta 1847, 79-85

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Becker, H.F., Djaout, K., Lamarre, I., Ulmer, J.E., Schaming, D., Balland, V., Liebl, U., Myllykallio, H. & Vos, M.H. (2014) Substrate interaction dynamics and oxygen control in the active site of thymidylate synthase ThyX, Biochem. J. 459, 37-45

Laptenok, S.P., Nuernberger, P., Lukacs, A. & Vos, M.H. (2014) Subpicosecond Kerr-gate spectrofluorometry in Methods in Molecular Biology, Fluorescence Spectroscopy and Microscopy: Methods and Protocols , vol. 1076 (Engelborghs, Y. & Visser, A.J.W.G., Eds.), Humana Press, New York, pp. 321-336

Liebl ,U., Lambry, J.-C. & Vos, M.H. (2013) Primary processes in heme-based sensor proteins, Biochim. Biophys. Acta 1834, 1684-1692

Laptenok, S.P., Bouzhir-Sima, L., Lambry, J.-C., Myllykallio, H., Liebl, U., & Vos, M.H. (2013) Ultrafast real time visualization of the active site flexibility of the flavoenzyme thymidylate synthase ThyX, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, 8924-8929

Silkstone, G., Kapetanaki, S.M., Husu, I., Vos, M.H. & Wilson, M.T. (2012) Nitric oxide binding to the cardiolipin complex of ferric cytochrome c, Biochemistry 51, 6760-6766

Jasaitis, A., Ouellet, H., Lambry, J.-C., Martin, J.-L., Friedman, J.M., Guertin, M. & Vos, M.H. (2012) Ultrafast Heme-Ligand Recombination in Truncated Hemoglobin HbO from Mycobacterium tuberculosis: a Ligand Cage, Chem. Phys. 396, 10-16

Vos, M.H., Bouzhir-Sima, L., Lambry, J.-C., Luo, H., Eaton-Rye, J.J., Ioanoviciu, A., Ortiz de Montellano, P.R. & Liebl, U. (2012) Ultrafast ligand dynamics in the heme-based GAF sensor domains of the histidine kinases DevS and DosT from Mycobacterium tuberculosis, Biochemistry 51, 159-166

Nuernberger, P., Lee, K.F., Bonvalet, A, Bouzhir-Sima, L., Lambry, J.-C., Liebl, U., Joffre ,M. & Vos, M.H. (2011) Strong ligand-protein interactions revealed by ultrafast infrared spectroscopy of CO in the heme pocket of the oxygen sensor FixL, J. Am. Chem. Soc. 133, 17110 –17113

Kruglik, S.G., Lambry, J.-C., Martin, J.-L. Vos, M.H. & Négrerie, M. (2011) Sub-picosecond Raman spectrometer for time-resolved studies of structural dynamics in heme proteins, J. Raman Spectrosc. 42, 265-275

Groma, G.I., Colonna, A, Martin, J.-L. & Vos, M.H. (2011) Vibrational motions associated with primary processes in bacteriorhodopsin studied by coherent infrared emission spectroscopy, Biophys. J. 100, 1578-1586

Kruglik, S.G., Yoo, B.-K., Franzen, S., Vos, M.H., Martin, J.-L. & Négrerie, M. (2010) Picosecond primary structural transition of the heme retarded after nitric oxide binding to heme proteins, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 13678-13683

Nuernberger, P., Lee, K.F., Bonvalet, A, Vos, M.H. & Joffre, M. (2010) Multiply excited vibration of carbon monoxide in the primary docking site of hemoglobin following photolysis from the heme, J. Phys. Chem. Lett. 1, 2077-2081

Rappaport, F., Zhang, J., Vos, M.H., Gennis, R.B., & Borisov, V.B. (2010) Heme-heme and heme-ligand interactions in the di-heme oxygen-reducing site of cytochrome bd from Escherichia coli revealed by nanosecond absorption spectroscopy, Biochim. Biophys. Acta 1797, 1657-1664

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Lechauve, C., Bouzhir-Sima, L., Yamashita, T., Marden, M.C., Vos, M.H., Liebl, U & Kiger, L. (2009) Heme-Ligand Binding Properties and Intradimer Interactions in the Ful- Length Sensor Protein Dos from Escherichia coli and Its Isolated Heme Domain, J. Biol. Chem., 284, 36146-36159

Kapetanaki, S.M., Silkstone, G., Husu, I., Liebl, U., Wilson, M.T. & Vos, M.H. (2009) Interaction of carbon monoxide with the apoptosis-inducing cytochrome c-cardiolipin complex, Biochemistry 48, 1613-1619

Lukacs, A., Eker, A.P.M., Byrdin, M., Brettel, K. & Vos, M.H. (2008) Electron hopping through the 15 Å triple tryptophan molecular wire in DNA photolyase occurs within 30 ps, J. Am. Chem. Soc. 130, 14394-14395

Kapetanaki, S.M., Field, S.J., Hughes, R.J.L., Watmough, N.J., Liebl, U. & Vos, M.H. (2008) Ultrafast ligand binding dynamics in the active site of native bacterial nitric oxide reductase, Biochim. Biophys. Acta 1777, 919-924

Vos, M.H., Battistoni, A., Lechauve, C., Marden, M.C., Kiger, L., Desbois, A., Pilet, E., de Rosny, E. & Liebl, U. (2008) Ultrafast heme-residue bond formation in six-coordinate heme proteins: implications for functional ligand exchange, Biochemistry 47, 5718-5724

Yamashita, T., Bouzhir-Sima, L., Lambry, J.-C., Liebl, U. & Vos, M.H. (2008) Ligand dynamics and early signalling events in the heme domain of the sensor protein Dos from Escherichia coli, J. Biol. Chem. 283, 2344-2352

Vos, M.H. (2008) Ultrafast dynamics of ligands within heme proteins, Biochim. Biophys. Acta 1777, 15-31