Biologie chimique et structurale : 10 ans de découvertes au Complexe des sciences de la vie

David Y. Thomas, ancien responsable du thème Biologie chimique et structurale, professeur de biochimie et titulaire d’une Chaire de recherche du Canada de niveau 1 en génétique moléculaire, a commencé à planifier la création du CSV peu après son arrivée à l’Université McGill, en 2001. « Nous avions la vision d’un pavillon multidisciplinaire qui agirait comme levier de recrutement et hébergerait de nouveaux instruments très sophistiqués », explique-t-il.

Le Pr Thomas et d’autres membres du comité de planification du CSV ont visité des centres de recherche dans le monde entier pour s’en inspirer, avant de collaborer avec des architectes pour imaginer un pavillon où les laboratoires, les aires de travail et les aires communes maximiseraient l’espace de recherche et faciliteraient l’interaction entre chercheurs et étudiants. De l’avis du Pr Thomas, cette vision a été concrétisée : « Nous avons recruté une nouvelle génération de chercheurs de grand talent et créé un pôle intellectuel majeur pour la formation et la commercialisation des résultats de recherche. »

La vision du CSV comprend un appui au travail remarquable de Claire Brown, professeure de physiologie et directrice de la Plateforme de bioimagerie avancée (ABIF) du CSV, qui assure avec son équipe l’exploitation et l’entretien de la plateforme, ainsi que la formation des utilisateurs. Le recrutement continu de biochimistes exceptionnels de partout dans le monde est un autre volet de la vision du Complexe. Le professeur Albert Berghuis, directeur du Département de biochimie et responsable actuel du thème Biologie chimique et structurale, cite deux embauches importantes survenues récemment : celles du professeur adjoint de biochimie Sidong Huang, auparavant à l’Institut du cancer des Pays-Bas, et du professeur agrégé de biochimie Martin Schmeing, venu du prestigieux Laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council à Cambridge, au Royaume-Uni. « Ces chercheurs pourraient choisir de travailler n’importe où dans le monde », indique le Pr Berghuis.

Maintenant bien établis, les thèmes de recherche produisent des résultats importants, ajoute le Pr Berghuis.

« L’avantage tiré du Complexe des sciences de la vie, depuis 10 ans, est l’augmentation du recrutement de scientifiques de premier plan qui sont venus à McGill et ont utilisé ces installations pour faire avancer la recherche biomédicale », poursuit-il. « Notre vision pour la suite est claire. Tout est en place – les bâtiments, les jeunes scientifiques, l’équipement de pointe –, il nous faut maintenant assurer la pérennité de la situation et suivre le rythme des développements actuels. »

Le thème Biologie chimique et structurale a entraîné l’évolution du Centre de biologie structurale (CSB) en phase avec la philosophie du CSV, qui consiste à développer une expertise mondiale et à encourager la collaboration multidisciplinaire productive avec des chercheurs d’autres thèmes et établissements. En partenariat avec d’autres équipes de McGill et du Centre universitaire de santé McGill (CUSM), le CSB a catalysé d’importantes avancées, par exemple dans le domaine des maladies orphelines.

Outre la fibrose kystique, la maladie de Parkinson et l’ARSACS, le professeur Bhushan Nagar étudie les maladies lysosomales, actuellement traitées par thérapie enzymatique, dans le but de mettre au point des médicaments de faible poids moléculaire. Le professeur Jerry Pelletier a intégré ses recherches génétiques à la mise au point de petites molécules pour traiter des cancers particuliers.

Le chimiste pharmaceutique Robert Zamboni, ancien vice-président à la recherche de Merck Frosst, contribue de façon importante à maximiser l’impact des développements issus du CSV en arrimant tous ces projets et en amplifiant leur potentiel translationnel.

« Les retombées des découvertes réalisées au CSV sont remarquables et multiples », souligne le Pr Thomas. Citons notamment les travaux du laboratoire du professeur de biochimie

Kalle Gehring sur le rôle du gène Parkin dans le parkinsonisme héréditaire, qui ont ouvert des avenues inexplorées pour la mise au point de nouvelles thérapies, ainsi que ceux du Pr Huang, qui visent à déterminer pourquoi l’effet des traitements comme les médicaments anticancéreux s’estompe fréquemment. Ces recherches aident déjà d’autres équipes à mettre au point des traitements de deuxième intention. Une troisième avancée majeure est l’œuvre de l’équipe du Pr Schmeing, qui cartographie la structure des synthétases peptidiques non ribosomiques (NRPS). Ces enzymes sont à l’origine de bon nombre des petites molécules intervenant dans la biosynthèse des médicaments les plus importants à l’échelle mondiale, comme les antibiotiques, les antiviraux et les anticancéreux.

Au Centre de recherche translationnelle sur la fibrose kystique (CFTRc), une équipe menée par le professeur John Hanrahan, directeur du Centre et membre du thème Systèmes d’information cellulaire, et le Pr Thomas a découvert qu’une combinaison de trois chaperons pharmacologiques – des molécules qui remodèlent la structure défectueuse des protéines – pourrait être plus efficace que des correcteurs uniques pour améliorer la fonction pulmonaire chez les patients atteints de fibrose kystique.

Les mécanismes sous-jacents aux protéines, ou plutôt aux défauts de structure des protéines qui causent des maladies, sont un intérêt de recherche commun à plusieurs équipes du CSV.

Le professeur Jason Young, par exemple, a élucidé comment les chaperons moléculaires reconnaissent ces protéines mal repliées et les ciblent aux fins de dégradation. La professeure Alba Guarné, nouvellement recrutée au sein du thème, est une experte reconnue de la structure et de la fonction des enzymes de réparation de l’ADN, qui sont une cible importante des médicaments anticancéreux existants. Son objectif : découvrir de nouvelles cibles pour la mise au point de médicaments.

La doctorante Angelia Bassenden, du laboratoire du Pr Berghuis, réalise un rêve en travaillant dans ce milieu caractérisé par la haute technologie. « Ici, on a accès à l’équipement et aux installations les plus avancées qui soient. C’est incroyable », indique-t-elle. « C’était mon tout premier choix. »

Dans ses recherches sur l’antibiorésistance, Mme Bassenden emploie divers instruments au sein du CSV, notamment une source interne de rayons X, des systèmes de manipulation liquide pour la cristallisation des protéines, et la chromatographie liquide à haute performance. Elle souligne que le pavillon Bellini est aménagé de façon à encourager le travail d’équipe. « Nous avons cinq laboratoires à aire ouverte reliés par des couloirs ouverts. Quand on se bute à des difficultés dont on sait que d’autres les ont résolues, ou quand on a besoin d’un coup de main avec un instrument, on peut passer d’un labo à l’autre et parler de méthodes avec des collègues. »

Mme Bassenden a aussi eu l’occasion de partager l’expertise du thème de recherche avec les cliniciens chercheurs du CUSM, qui maîtrisent souvent moins bien les aspects de la biologie structurale. « En plus de notre travail en laboratoire, nous utilisons la simulation par ordinateur pour confirmer, à l’échelle moléculaire, les résultats de leurs analyses d’échantillons de patients », explique-t-elle.

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