Une bourse ERC pour voir le mouvement des protéines membranaires

Les protéines membranaires sont à la base de la vie. Elles assurent la communication entre cellules et leurs échanges de molécules et d’ions avec le milieu extra cellulaire et participent aussi à de nombreux processus enzymatiques. Pourtant, ces délicates machines cellulaires sont encore mal connues. Christophe Chipot, directeur de recherches au Laboratoire de physique et chimie théoriques de Nancy, s’efforce de comprendre leur fonctionnement grâce à des modèles numériques et à l’intelligence artificielle.

Chimiste théoricien de formation, Christophe Chipot se considère plutôt comme un biophysicien. Après un doctorat à l’Université Henri Poincaré en 1994, il enchaîne deux postdoctorats aux Etats-Unis. Le premier à l’Université de Californie, à San Francisco, et le deuxième au département d’exobiologie du centre de recherche Ames de la NASA. Là, il s’intéresse aux origines de la vie, et donc, inévitablement, à la formation des premières membranes cellulaires et de leurs protéines.

Tenté par une carrière américaine, Christophe Chipot revient finalement en France et entre au CNRS en 1996, à l’Université de Lorraine. Néanmoins, il maintient des relations fortes avec les États-Unis, dont il admire l’éthos scientifique. « Il y a une émulation, un esprit de corps. Tout le monde bosse pour que son laboratoire fasse des étincelles », confie-t-il. Depuis, ses collaborations transatlantiques se sont intensifiées. Il dirige en effet un IRP (International Research Project) associant le CNRS à l’Université de l’Illinois et il est professeur associé à l’Université de Chicago.

Depuis bientôt trois décennies, Christophe Chipot participe à cette grande entreprise scientifique que constitue l’étude du fonctionnement des protéines membranaires. Il est notamment l’un des coauteurs de NAMD, un programme informatique pour la simulation de macromolécules utilisé par une centaine de milliers de chercheurs dans le monde. Ces simulations pouvant mettre en jeu des millions d’atomes, permettent de visualiser les interactions d’objets biologiques dans leur environnement naturel.

Mais voilà, toutes les équipes travaillant à ces simulations butent sur un obstacle : le temps. Les changements de conformation qui animent les protéines membranaires ont une durée de l’ordre de la milliseconde, voire au-delà. Cela les rend très difficiles à modéliser. En effet, la puissance de calcul nécessaire pour simuler ces durées dépasse souvent les moyens actuels. C’est ce verrou que propose de lever Christophe Chipot avec le projet MilliInMicro qui vient d’obtenir un financement ERC Advanced Grant.  L’idée est d’utiliser l’intelligence artificielle pour identifier les variables les plus importantes qui entrent en jeu lorsque les protéines changent de forme. Ce procédé d’apprentissage automatique permettra de réduire la puissance et le temps de calcul nécessaires pour décrire, par exemple, l’ouverture d’un canal ionique, la synthèse d’ATP ou encore, la génération d’un signal moléculaire.

Ce projet permettra de faire avancer nos connaissances sur de nombreux processus du vivant et, notamment, sur les maladies qui résultent du dysfonctionnement des protéines membranaires. « Le changement d’un seul acide aminé dans leur séquence peut être à l’origine de nombreuses pathologies », rappelle Christophe Chipot. « On veut comprendre pourquoi ». Grâce à MilliInMicro, le chercheur espère acquérir les outils pour y parvenir et repousser les limites de la méthodologie actuelle.