Titre de la thèse :

Bacillus cereus TSPO : études d'interaction et de dynamique protéine-ligand

La protéine translocatrice (TSPO) est une protéine membranaire hautement conservée impliquée dans de nombreux processus cellulaires, mais son mécanisme précis reste inconnu. L'étude de son homologue humain est difficile, et la structure murine existante (mTSPO) fait l'objet de débats. Cette thèse étudie la TSPO de Bacillus cereus (BcTSPO), en tant que système modèle, en interaction avec divers ligands par une approche combinée expérimentale et computationnelle. D’abord les protocoles de production, l'extraction et la purification de la BcTSPO à partir de corps d'inclusion et de membranes ont été mis en place. Dans les deux cas, la BcTSPO a été co-purifiée avec une porphyrine. La BcTSPO extraite des membranes avec du détergent DDM est très instable. La partie expérimentale a été complétée par des calculs de docking et de dynamique moléculaire (DM), qui ont permis d’approfondir l'étude du système. La DM montre que la BcTSPO apo est flexible et présente des conformations distinctes (clusters). La liaison des ligands à ces clusters suit un mécanisme de « sélection conformationnelle » avec certains offrant une liaison plus favorable que la structure RX. L’analyse par l'approche IGM des complexes protéine-ligand « dockés » a permis d'identifier une poche de liaison conservée et des résidus clés stabilisant, en particulier des tryptophans. Les calculs de DM de la BcTSPO dans différents bicouches lipidiques (DOPC, DMPC/DMPE, POPE/POPG/CL) montrent que les lipides modulent la stabilité du ligand et la dynamique de la protéine. Dans une bicouche DMPC/DMPE, nous avons observé une flexibilité différente entre BcTSPO- et mTSPO-PK 11195. Ce travail fournit un modèle atomistique de la dynamique de reconnaissance des ligands par BcTSPO et mTSPO dans différentes bicouches lipidiques.

Mots-clés : Protéine Translocatrice (TSPO) ; BcTSPO ; Dynamique moléculaire ; Docking ; Sélection conformationnelle ; Interaction protéine-ligand ; Protéine membranaire

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Thesis title:

Bacillus cereus TSPO: protein-ligand interaction and dynamics studies

The translocator protein (TSPO) is a highly conserved membrane protein implicated in many cellular processes; however, its precise mechanism remains unknown. Studying its human homolog is challenging, and the existing murine (mTSPO) structure is subject to debate. This thesis studies the Bacillus cereus (BcTSPO) as a model system in interaction with various ligands employing a combined experimental and computational approach. Initial work implemented and optimized the production, extraction, and purification of BcTSPO from inclusion bodies and membranes. In both cases, BcTSPO was co-purified with a porphyrin. BcTSPO extracted with DDM detergent from membranes is highly unstable. The experimental part was supplemented by docking and MD calculations, which were used to investigate the system further. MD simulations revealed that the apo BcTSPO is flexible and samples distinct conformations (clusters). Ligand binding to these clusters follows a "conformational selection" mechanism with conformations offering more favorable binding than the X-ray structure. Molecular docking and advanced interaction analyses using the IGM approach identified a conserved binding pocket and key stabilizing residues, particularly tryptophans. MD simulations of BcTSPO in different lipid environments (DOPC, DMPC/DMPE, POPE/POPG/CL) modulate ligand stability and protein dynamics. In a DMPC/DMPE bilayer, we observed a different flexibility behaviour between BcTSPO- and mTSPO-PK 11195 complexes. This work provides a dynamic, atomistic model of ligand recognition by BcTSPO (apo and holo) and mTSPO (holo) in various lipid bilayers.

Keywords: Translocator Protein (TSPO); BcTSPO; Molecular Dynamics; Docking; Conformational Selection; Protein-Ligand Interaction; Membrane Protein