Expériences in silico sur biomolécules : Une approche multi-modèles pour décrypter les mécanismes physico-chimiques à l’échelle atomique
Résumé
Biomolecules are characterized by the function they perform within cells. This function is conditioned by their capacity to adopt specific conformations and to interact with other partners. This capacity is itself conditioned by the dynamic character of their structural organization. Deciphering these processes is necessary to acquire a fundamental understanding of cellular mechanisms, but also of their dysfunction, and to propose new therapeutic strategies. Biomolecules are also exploited for their unique properties (self-assembly, specific recognition, catalysis, actuation) to create new functions or as materials. The control of these mechanisms requires the characterization of inter and intramolecular interactions in a precise way, at the atomic scale. Modeling has thus become a tool that cannot be dissociated from experiments to help understand these mechanisms. In this context, my work is articulated around two complementary activities: i) on the one hand, the development of new methodologies, mainly for the study of the structure-function relationship of biological molecules; ii) on the other hand, the application of these methods to biological and bio-hybrid systems. These two activities are intrinsically linked because the specificity of each study system leads us to choose and adapt tools, or even to develop them ex nihilo. Moreover, implementing original approaches allows us to take a fresh look at the systems studied and to propose tailor-made in silico experiments. These two activities feed each other. Finally, the diversity of the study cases is brought to us by the interdisciplinary collaborations developed with physicists, biophysicists, chemists and biologists, without whom these works would not exist. The link to the experiment is thus both driving and complementary to our calculations and will be the main thread of the presentation.
Les molécules biologiques sont caractérisées par la fonction qu’elles assurent au cœur des cellules. Cette fonction est conditionnée par leur capacité à adopter des conformations spécifiques et à interagir avec d’autres partenaires. Cette capacité est elle-même conditionnée par le caractère dynamique de leur organisation structurale. Décrypter ces processus est nécessaire pour accéder à la compréhension fondamentale des mécanismes cellulaires, mais aussi de leur dysfonctionnement, et pour proposer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Les biomolécules sont également exploitées de part leurs propriétés uniques (auto-assemblage, reconnaissance spécifique, catalyse, actionnement) pour créer de nouvelles fonctions ou encore comme matériau. La maîtrise de ces mécanismes nécessite de caractériser les interactions inter et intramoléculaires de façon précise, à l’échelle atomique. La modélisation est ainsi devenue un outil indissociable de l’expérience pour aider à la compréhension de ces mécanismes. Dans ce cadre, mon travail s’articule autour de deux activités complémentaires : i) d’une part le développement de nouvelles méthodologies, principalement pour l’étude de la relation structure-fonction de molécules biologiques ; ii) d’autre part, l’application de ces méthodes à des systèmes biologiques et bio-hybrides. Ces deux activités sont intrinsèquement liées car la spécificité de chaque système d’étude nous conduit à choisir et adapter les outils, voire à en développer ex nihilo. Par ailleurs, mettre en œuvre des approches originales nous permet de poser un regard nouveau sur les systèmes étudiés et de proposer des expériences in silico sur-mesure. Ces deux activités se nourrissent ainsi mutuellement. Enfin, la diversité des cas d’études nous est apportée par les collaborations interdisciplinaires développées avec physiciens, biophysiciens, chimistes et biologistes, sans qui ces travaux n’existeraient pas. Le lien à l’expérience est donc à la fois moteur et complémentaire de nos calculs et sera le fil conducteur de la présentation.
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