L’hydratation est un des facteur clé qui déterminent la conformation, la stabilité et les interactions des protéines et donc leurs fonctions biologiques. Par exemple, dans les liaisons qui impliquent des sites d’interactions principalement hydrophobes, l’hydratation est la contribution énergétique principale. Il a été montré que l’hydratation représente jusqu’à 50% de l’affinité et de la spécificité dans les mécanismes de reconnaissance moléculaire. L’association entre une protéine et un ligand (ou principe actif) est généralement accompagnée par un départ de molécules d’eau. Celui-ci fournit une contribution à la fois entropique et enthalpique à l’énergie qui provient de la différence d’activité de l’eau entre la solution et la sphère d’hydratation de la protéine et du ligand. Par conséquent un changement de l’activité de l’eau peut modifier les propriétés de la liaison. Ces mécanismes ont un impact important dans la conception de principes actifs qui doivent posséder une affinité importante et spécifique pour une cible thérapeutique donnée. L’important taux d’échec dans la conception des principes actifs provient en premier lieu du fait que l’hydratation y est mal prise en compte. De plus, il a été établi que des conditions de confinement modulent l’activité de l’eau, et donc l’efficacité de liaison d’un principe actif. Ainsi des principes actifs qui in vitro sont efficaces en solution dilué peuvent devenir inopérants in vivo. Par conséquent, la rationalisation de la conception de principes actifs nécessite de prédire les constantes d’association dans les micro-environnements biologiques confinés, où se trouve généralement la protéine cible. Nous proposons d’étudier et d’estimer la contribution de l’hydratation à la constante d’association entre des principes actifs hydrophobes et des protéines, ce qui est actuellement peu maîtrisé dans la conception de principes actif. Plus précisément nous voulons :

 d’une part, étudier expérimentalement la variation de la constante d’association dans des conditions qui se rapprochent des systèmes biologiques où l’espace est confiné.

 et d’autre part, simuler la liaison par des simulations de dynamique moléculaire (en utilisant le programme GROMACS). Nous nous restreindrons l’étude à des systèmes où les sites d’interactions sont principalement hydrophobes car dans ce cas les effets d’hydratation sont optimum. A terme la proposition vise à prédire la super affinité des principes actif pour leur cible accompagnée par une amélioration de leur efficacité.

Bacteria control their intracellular concentration of various substrates (antibiotics, heavy metals) by organizing their expulsion through efflux pumps the mechanism of which is unknown. These pumps, inserted into the bacterial membrane, can induce bacterial resistance to antibiotics. Understanding how they work would determine the way to block them and thus reduce the bacterial resistance. For gram-negative bacteria, these pumps are usually made of three parts : one in the outer membrane, another one in the inner membrane, and a third one located between the two membranes of the bacteria. The project aims to reconstitute a specific pump as a whole, within an artificial double bilayer system in order to study its function. We have previously shown that the model system is biologically relevant by measuring the activities of several trans-membrane proteins in an identical system. The production of all the three components of the pump is now under control. We first want to perform measurements on individual links between the different pump components to understand the stability of the whole pump. Afterwards the pump will be reconstituted in vitro by inserting the different pump components into the lipid membranes of vesicles. The study of its function will be performed by observing the crossing of fluorescent molecules from one vesicle to another.