Un pôle parisien de biologie structurale

	© RCSB/PDB / structure molécule

Le long du chemin qui mène de la découverte de molécules aux propriétés biologiques intéressantes à la mise sur le marché de nouveaux médicaments, la biologie dite structurale joue un rôle décisif. C’est elle, en effet, qui détermine les structures spatiales des molécules qui serviront de cibles ou de candidats médicaments. La région parisienne comprend plusieurs laboratoires de renom spécialisés dans cette discipline (voir ci-dessous). L'un des pôles les plus importants se trouve à la faculté de pharmacie de l’université Paris 5, au sein de l’Institut des sciences du médicament (IFR 71 Inserm, CNRS, Paris 5, http://ifr71.pharmacie.univ-paris5.fr/) dirigé par Arnaud Ducruix.

Sa création, fin 1999, est née d’une idée du pharmacologue Bernard Roques. Toutes les grandes universités américaines ont une recherche de biologie structurale couplée au développement du médicament, constatait-il. Il fallait donc suivre cet exemple en France. Chose dite, chose faite. Un laboratoire « Cristallographie et RMN biologiques » (UMR 8015 CNRS - Université Paris 5) ouvre ses portes début 2000 avec plusieurs équipes dont celle d’Arnaud Ducruix, qui venait de Gif-sur-Yvette (il dirige aujourd’hui le laboratoire), et celle de Frédéric Dardel, en provenance de l’Ecole polytechnique. Rapidement, l’axe unificateur de recherche du laboratoire devient la résolution des structures de proteines cibles et de molécules anti-infectieuses. L’unité Inserm - CNRS - Paris 5 « Pharmacologie chimique et génétique » de Bernard Roques, spécialiste des cibles du VIH, appuie ce laboratoire avec une approche plus pharmacologique ; elle est dirigée aujourd’hui par Daniel Scherman.

« Pour fonctionner, il fallait d’abord nous équiper », raconte Frédéric Dardel. Un diffractomètre à rayons X est acheté grâce à un financement du Fonds de recherche Hoechst Marion Roussel (1) ; et un spectromètre RMN (résonance magnétique nucléaire) est financé par la région, le CNRS, l’Inserm et l’Agence nationale de recherches sur le sida (ANRS). En outre, une « Action concertée incitative » (ACI) jeunes chercheurs, dotée de 800 000 francs sur trois ans, permet de faire tourner le laboratoire, de recruter, de lancer des projets. « C’était très enthousiasmant, on faisait ce qu’on voulait », se rappelle Frédéric Dardel.

Lego moléculaire

Le pôle de biologie structurale de Paris 5, constitué du laboratoire « Cristallographie et RMN biologiques » et de l’unité « Pharmacologie chimique et génétique », compte aujourd’hui une trentaine de chercheurs, ingénieurs et techniciens. « Nous disposons d’une plate-forme originale qui est restée longtemps la seule en Europe, l’industrie mise à part, souligne Frédéric Dardel. Nous réalisons en effet du criblage par RMN qui permet de tester des mélanges molécules-cibles. Ce système est une sorte de « Lego » moléculaire : plutôt que de chercher aléatoirement le candidat idéal en criblant à haut débit des milliers de molécules sur des systèmes biologiques, nous procédons par assemblage de briques élémentaires en fonction d’un objectif bien précis. Pour une cible de structure connue, on peut ainsi réduire considérablement, en amont, le nombre de molécules qui seront capables de l’inhiber ou de l’activer. On donne donc très tôt les clés de la synthèse au chimiste médicinal qui aura à synthétiser la molécule pour des tests in vivo. »

La démarche est inverse à celle de la génomique fonctionnelle et structurale qui, à partir de multiples cibles identifiées par l’analyse des gènes et de leur expression, déroule « à la chaîne » des séquences et des structures afin de les comparer in silico, à l’aide d’outils bioinformatiques (voir l’article sur ce sujet). La mécanique de précision du « Lego moléculaire » par RMN devrait donc logiquement susciter moult contrats avec l’industrie pharmaceutique. En fait non, regrette Frédéric Dardel, car l’industrie ne s’intéresse malheureusement plus aux anti-infectieux – sujet de prédilection du pôle –, ce qui est assez inquiétant et pose un vrai problème de santé publique en raison de la progression des résistances microbiennes, ajoute-t-il. « L’industrie préfère malheureusement développer des molécules déjà connues en les modifiant chimiquement que d’inventer de nouvelles classes de molécules pour lesquelles toute la R&D devra être réalisée. »

Néanmoins, l’approche du pôle de biologie structurale de Paris 5 intéresse les sociétés de biotechnologies. Ainsi, pour Mutabilis (http://www.mutabilis.fr), une jeune société parisienne spécialisée dans la recherche de nouveaux antibactériens, F. Dardel et ses collègues ont résolu des structures bactériennes cibles impliquées dans la virulence de bactéries. Ce type de partenariat, fructueux scientifiquement, l’est aussi en terme de formation et de personnel : Mutabilis a ainsi pris en charge la rémunération d’un post-doctorant pendant deux ans.

Les collaborations avec la recherche clinique et thérapeutique de l’Assistance publique Hôpitaux de Paris (AP-HP) sont en revanche peu fréquentes. Le seul projet commun avec un établissement hospitalier, Necker-Enfants malades en l’occurrence, a concerné l’analyse de la structure d’une protéine, la néphrocystine, dont la mutation est en cause dans une maladie rare du rein, la néphronophtise juvénile. « L’AP-HP est plus axée sur le développement pré-clinique et clinique de médicaments à partir de molécules existantes, et il est rare que des services hospitaliers viennent nous trouver pour des collaborations en amont de ces essais », précise Frédéric Dardel.

Le pôle de la faculté de pharmacie est cependant l’une des têtes de pont d’un réseau de biologie structurale francilien qui commence à prendre forme, même s’il n’a pas de statut officiel. La région compte en effet d’autres centres de recherche dotés de compétences dans ce domaine : l’Institut de biologie physico-chimique (IBPC), l’Institut du fer à moulin (Inserm - Université Paris 6), le Centre de recherches des Cordeliers (Inserm - Paris 6), l’Institut Pasteur, l’Ecole polytechnique, l’université Paris-Sud, le Centre d’études de Saclay du CEA, ou encore l’Institut de chimie des substances naturelles (CNRS, Gif-Sur-Yvette) (voir ci-dessous). La plupart sont d’ailleurs impliqués dans le Master M2 « Ingénierie structurale et fonctionnelle des biomolécules » (ex-DEA national de cristallographie) et dans l’Ecole doctorale Médicament de l’université Paris 5. Certains participent, cette fois à l’échelle européenne, au consortium international « Génomique fonctionnelle et structurale des ARN viraux », financé par le 6e PCRD. Ce projet s’intéresse aux structures des ARN du VIH et des virus des hépatites dans le but de découvrir de nouveaux antiviraux.

Lignes de lumière

	Cryosonde RMN

Quels sont les progrès en vue ? La création progressive de dizaines de lignes de lumière au synchrotron SOLEIL, à partir de 2006, va changer beaucoup de choses, se réjouit Frédéric Dardel. Jusqu’à maintenant les travaux de cristallographie nécessaires à la mise en évidence des structures spatiales dépendaient de l’accès aux sources lumineuses du Lure (Laboratoire pour l'utilisation du rayonnement électromagnétique), à Orsay, et de l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), à Grenoble. SOLEIL va faciliter énormément les travaux de résolution de structures par cristallographie.

Un autre progrès tient à l’utilisation de cryosondes de RMN, qui effectuent les mesures à –253 °C (20° au dessus du zéro absolu). Ce type de sonde réduit beaucoup le « bruit électronique » et permet d’augmenter d’un facteur trois la sensibilité de la mesure, d’où une économie importante sur les produits utilisés. « On va pouvoir résoudre des problèmes que l’on ne pouvait pas aborder jusque-là en raison notamment de la fragilité des protéines virales », explique Frédéric Dardel. Peut-être le point de départ des antigrippaux et anti-VIH de demain…

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(1) Créé en 1997 sous la forme d'un Groupement d'intérêt public (GIP), ce fonds a associé jusqu’au 30 mai 2002 le ministère de la Recherche, le CNRS, l'Inserm, le CEA et l'industriel HMR (aujourd'hui Aventis).

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Principaux laboratoires publics de biologie structurale en Ile-de-France:

Institut des sciences du médicament, Laboratoire de cristallographie et RMN biologiques

UMR 8015 CNRS, Faculté de Pharmacie, Université René Descartes Paris 5

Dir. : Arnaud Ducruix

http://lcrbw.pharmacie.univ-paris5.fr/

Institut de Biochimie et de Biophysique Moléculaire et Cellulaire (IBBMC)

UMR 8619 CNRS, Université Paris-Sud, Orsay

Dir. : Lucienne Letellier

http://www.ibbmc.u-psud.fr/

Laboratoire d'Enzymologie et Biochimie Structurales (LEBS)

UPR 9063 CNRS, Université Paris-Sud, Gif-sur-Yvette

Dir. : Joël Janin

http://www.lebs.cnrs-gif.fr/

Laboratoire de Biochimie

UMR 7654 CNRS, Ecole Polytechnique, Palaiseau

Dir. : Pierre Plateau

http://bioc.polytechnique.fr/

Laboratoire d'Optique et Biosciences (LOB)

INSERM U451, UMR 7654 CNRS, Ecole Polytechnique, Palaiseau

Dir. : Jean-Louis Martin

http://www.lob.polytechnique.fr/

Virologie Moléculaire et Structurale

UMR 2472 CNRS-Inra, Gif-sur-Yvette

Dir. : Yves Gaudin

http://www.gv.cnrs-gif.fr/

Institut de Chimie des Substances Naturelles

UPR 2301 CNRS, Gif-sur-Yvette Cedex

Dir. : Jean-Yves Lallemand

http://www.icsn.cnrs-gif.fr/ 

Unité de RMN des Biomolécules

Institut Pasteur, Paris

Responsable d'Unité : Muriel Delepierre

http://www.pasteur.fr/recherche/unites/Lrmn/

Institut de Biologie Physico-Chimique

CNRS FRC 550

Dir. : Jean-Pierre Henry

http://www.ibpc.fr/ 

Centre des Cordeliers (IFR 58)

http://www.ifr58-cordeliers.jussieu.fr/

Voir aussi :

Département d'Ingénierie et d'Etude des protéines

CEA Saclay, Gif-Sur-Yvette

Dir. : André Ménez

http://www-dsv.cea.fr/content/cea/d_dep/d_diep/

LURE (Laboratoire pour l'utilisation du rayonnement électromagnétique)

CNRS, CEA, Université Paris-Sud, Orsay

Dir. : Abderrahmane Tadjeddine

http://www.lure.u-psud.fr/

Synchrotron SOLEIL

http://www.synchrotron-soleil.fr/