Caractérisation structurale de protéines membranaires par échange hydrogène/deutérium spectrométrie de masse

par Shahid Mehmood

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Eric Forest et de Jean-Michel Jault.

Soutenue le 28-02-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Institut de Biologie Structurale (équipe de recherche) .

Le président du jury était Patrice Catty.

Le jury était composé de Eric Forest, Jean-Michel Jault, Jeanine Tortajada, Mohammed Matmati, Jean-Pierre Boissin, Luca Perniola.

Les rapporteurs étaient Attilio Di pietro, Sandrine Sagan, Christian Degache.


  • Résumé

    Des exporteurs « ATP-Binding Cassette » (ABC) sont connus pour être responsables de la résistance contre un large spectre d'agents antibiotiques ou chimiothérapeutiques chez les bactéries et les cellules de mammifères. L'échange hydrogène / deutérium associé à la spectrométrie de masse (HDX-MS) a été utilisé pour caractériser les changements conformationnels de deux exporteurs ABC bactériens, BmrA et BmrC/BmrD, en présence et en absence de nucléotide. Les cinétiques locales d'HDX ont montré la nature hautement dynamique des domaines intra-cellulaires (ICDs) dans la forme apo, ce qui n'était pas attendu d'après les structures cristallographiques aux rayons X des protéines homologues. Dans la conformation ouverte vers l'extérieur (« outward facing »), domaines fixant les nucléotides (NBDs) interagissant, le mouvement des ICDs sont largement réduits pour les deux transporteurs. Les cinétiques d'HDX MS dans la conformation « outward facing » ont été déterminées en appliquant cette technique sur des mutants incapables d'hydrolyser les nucléotides et sur la forme sauvage inhibée au vanadate. La dynamique des NBDs, en particulier pour les régions qui interagissent au cours de l'hydrolyse de l'ATP, a été aussi diminuée dans la conformation « outward facing » comparativement à celle ouverte vers l'intérieur. L'ajout de différents agents connus pour être transportés par des transporteurs ABC n'a pas affecté la dynamique des NBDs. Par ailleurs, nous avons aussi appliqué l'HDX MS à la protéine GLIC, un homologue procaryote d'un « ligand-gated ion channel » pentamérique (pLGIC). Les cinétiques locales d'HDX sont en plein accord avec la structure cristallographique disponible et le changement de pH révèle des différences de deutération dans les régions d'interaction des sous-unités.

  • Titre traduit

    Structural characterization of membrane proteins by hydrogen deuterium exchange mass spectrometry


  • Résumé

    Some ATP-Binding Cassette exporters are known to be responsible for resistance against a broad spectrum of antibiotics and chemotherapeutic drugs in bacteria and mammalian cells. Amide hydrogen deuterium exchange coupled to mass spectrometry (HDX-MS) was applied to investigate the conformational changes in two different bacterial ABC exporters, BmrA and BmrC/BmrD, in the presence and absence of nucleotide. Local H/D exchange kinetics showed highly dynamic nature of ICDs in apo form which was not anticipated from X-ray structure of the homologue proteins. In outward facing (closed form) conformation the movement of ICDs were largely reduced for both transporters. The H/D exchange kinetics of closed form were determined by applying H/D exchange on mutants unable to hydrolyze nucleotides or on wild-type inhibited by vanadate. The dynamics of NBDs particularly for those regions which interact during ATP hydrolysis were also reduced in closed form as compared to open one. The addition of different drugs which are known to be transported by ABC transporters did not affect dynamics of NBDs. We further applied H/D exchange kinetics on a prokaryotic homologue of pentameric ligandgated ion channel (pLGIC) GLIC. Local H/D exchange kinetics were in full agreement with the available structure and change in pH showed differences in deuterium level for interacting regions of the subunits.


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