Le CNRC, par l'entremise de la bourse H.L. Holmes, soutient une recherche postdoctorale novatrice qui pourrait mener à des avancées majeures dans la compréhension de nombreuses maladies neurobiologiques

 

- Ottawa, Ontario

La bourse de H.L. Holmes de 2019 du CNRC a été remise à Tae Hun Kim (Ph. D.) pour sa proposition de recherche postdoctorale novatrice et prometteuse en neurobiologie. En alliant des compétences multidisciplinaires à de nouvelles méthodes technologiques, cette recherche pourrait mener à des avancées majeures dans la compréhension des fonctions biologiques et des maladies neurologiques comme l'Alzheimer.

Grâce à une bourse de deux ans totalisant 200 000 $, M. Kim entend étudier les interactions entre les protéines désordonnées et l'acide ribonucléique (ARN) dans le contexte particulier d'un phénomène jusqu'ici très peu étudié : la séparation de phase liquide-liquide. Bien que ce phénomène ait été découvert très récemment, on suppose déjà qu'il joue un rôle majeur dans le développement des maladies neurologiques. Tae Hun Kim entend étudier la séparation de phase liquide-liquide dans le cas précis de la portion désordonnée de la protéine impliquée dans le développement de l'autisme. Les applications médicales de cette recherche pourraient bien mener à des remèdes efficaces contre une multitude de maladies neurologiques et même d'avancer dans la recherche sur le cancer.

Tae Hun Kim est titulaire d'un doctorat en chimie et d'un baccalauréat en science (chimie pharmaceutique) de l'Université de Toronto et est boursier de recherches postdoctorales à l'Hospital for Sick Children. Il compte plus de 1 500 citations dans des publications scientifiques ainsi que de nombreuses distinctions et bourses de recherche, comme la bourse postdoctorale Banting et une bourse de recherche des Instituts de recherche en santé du Canada.

Exploration de la dynamique fonctionnelle des protéines à titre d'étudiant diplômé à l'Université de Toronto

Les structures et les mouvements des protéines déterminent leurs fonctions. Des changements aberrants dans la structure ou la dynamique des protéines entraînent des maladies. Bien que les structures à résolution atomique fournissent une vue tridimensionnelle statique des molécules de protéines, ces structures seules ne suffisent pas à comprendre les détails moléculaires de la fonction des protéines. La dynamique est désormais largement reconnue comme un déterminant clé de la fonction des protéines. La compréhension de la dynamique des protéines est essentielle pour comprendre les maladies et développer des thérapies, car nous ne pouvons pas guérir quelque chose que nous ne comprenons pas. Au cours de sa formation doctorale, M. Kim a étudié la dynamique fonctionnelle de deux protéines, le récepteur β2-adrénergique et la fluoroacétate déshalogénase, sous la supervision du professeur R. Scott Prosser de l'Université de Toronto et en collaboration avec le professeur Brian K. Kobilka (Université de Stanford, Nobel de chimie 2012) et le professeur Emil F. Pai (Université de Toronto). Au cours de ces projets, M. Kim a découvert les mécanismes qui permettent de comprendre comment différents médicaments influencent les structures et la dynamique de ces deux protéines. Ces découvertes lui ont permis de rédiger cinq publications à titre de premier auteur dans des revues prestigieuses comme Cell, Science, le Journal of American Chemistry Society et le Journal of Biological Chemistry.

L'étude des protéines désordonnées et leurs interactions dans la séparation de phase liquide-liquide, une approche novatrice prometteuse pour l'étude des maladies neurologiques

Le cerveau humain est encore très peu compris, et pourtant le traitement des maladies neurologiques comme l'autisme ou l'Alzheimer est l'un des plus grands enjeux médicaux de nos sociétés. C'est d'ailleurs un défi de plus en plus important, car notre population est vieillissante et de plus en plus de personnes sont aux prises avec des maladies neurologiques1. Il est donc urgent de soutenir les recherches neurobiologiques axées sur la compréhension des phénomènes reliés à ces maladies.

Sous la supervision des professeurs Julie D. Forman-Kay (Hospital for Sick Children) et Lewis E. Kay (Université de Toronto), Tae Hun Kim relèvera ce défi en étudiant l'un des phénomènes récemment découverts qui serait impliqué dans le développement des maladies neurobiologiques : la perturbation des interactions des protéines désordonnées, notamment avec l'ARN dans la séparation de phase liquide-liquide, en raison d'un dysfonctionnement de ces protéines. Les protéines intrinsèquement désordonnées sont de longues molécules qui ont des portions « flexibles », contrairement aux formations moléculaires habituelles qui sont très stables. Elles interagissent, entre autres, avec l'ARN qui est une « copie » d'une portion de l'acide désoxyribonucléique (ADN), et qui permet donc l'expression des gènes. La quasi-totalité de ces interactions se produit dans ce qui est appelé la séparation de phase liquide-liquide. Elles ont lieu dans des organelles dépourvues de membranes, c'est à dire des ensembles de molécules qui agissent au sein de la cellule comme des mini-organes et aident au bon fonctionnement et à la régulation des cellules. Ce phénomène, impliquant majoritairement les protéines « désordonnées » et leurs interactions avec l'ARN, aurait un lien important avec les fonctions neuronales et donc avec le développement de maladies neurologiques.

Pour étudier en détail le rôle des protéines désordonnées et de leurs interactions dans la séparation de phase liquide-liquide, M. Kim propose d'étudier le cas précis de la portion désordonnée de la protéine CAPRIN1, impliquée dans les fonctions neurologiques et, plus particulièrement, dans les maladies comme l'autisme. La portion désordonnée de la protéine CAPRIN1 jouerait un rôle important dans la provocation d'une séparation de phase liquide-liquide. Mais il est également prouvé que cette molécule normalement constituée assure le bon fonctionnement des neurones. Ainsi, en étudiant cette protéine au moyen d'une nouvelle méthode de résonance magnétique nucléaire — une méthode de visualisation des structures atomiques — développée dans ses laboratoires de recherches postdoctoraux de l'Hospital for Sick Children et de l'Université de Toronto. Il serait capable d'obtenir des données extrêmement plus précises et complexes sur cette phase de séparation ainsi que sur les régions désordonnées des protéines. CAPRIN1 est une protéine expérimentale parfaite pour obtenir des données structurelles et biophysiques sur les phases de séparation.

Grâce à l'exploitation de nouvelles technologies et de cette approche pluridisciplinaire, M. Kim pourrait révolutionner la conception que nous avons des interactions entre protéines désordonnées et l'ARN. Compte tenu de leur rôle important dans les fonctions neurobiologiques et la séparation de phase liquide-liquide, cette nouvelle approche axée sur les protéines désordonnées ouvre de nouvelles voies à l'étude des maladies neurologiques.

« Je suis ravi d'être le lauréat du prix Holmes de 2019 », explique-t-il. « Ce prix renforcera mes efforts scientifiques pour étudier les états des protéines, des acides nucléiques et de leurs complexes qui sont pertinents pour les maladies. J'ai pu réaliser mes réalisations scientifiques sous la direction de mes conseillers doctoraux et postdoctoraux. Je leur suis vraiment reconnaissant pour leur soutien et leur patience. »

La bourse H. L. Holmes

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) a créé la bourse H.L. Holmes à la mémoire de R.H.L. Holmes, un chimiste qui a passé la plus grande partie de sa carrière en Alberta.

Financée par un legs de M. Holmes en reconnaissance de l'engagement du CNRC à promouvoir l'excellence en recherche, cette bourse donne la possibilité aux récipiendaires d'effectuer des recherches postdoctorales sous la direction de chercheurs universitaires ou institutionnels de réputation mondiale. La recherche doit se faire en chimie, en physique, en biologie ou en mathématiques et s'appliquer aux sciences médicales et biologiques.

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