Coacervats riches en histidine pour les colles de mouleHistidine-rich coacervates for mussel glues

Travail postdoctoral (2e auteur, conception des expériences RMN, rédaction). Premier article d'un projet en cours : identification d'une nouvelle classe de protéines riches en histidine dans la plaque du byssus de moule ; la RMN montre que l'histidine et la tyrosine pilotent la formation de coacervats dépendante du zinc et leur durcissement en colle poreuse.Postdoctoral work (2nd author, NMR experimental design, manuscript writing). First paper from an ongoing project: identifies a new class of histidine-rich proteins in the mussel byssus plaque; NMR shows histidine and tyrosine drive zinc-dependent coacervate formation and curing into a porous glue.

Depuis 20 ans, l'adhésion des moules est expliquée presque exclusivement par la DOPA, l'acide aminé qui se lie aux métaux dans la colle (plaque) du byssus. Mais cela n'explique pas tout : la plaque n'est pas qu'une colle, c'est aussi une éponge solide, poreuse à l'échelle micro- et nanométrique, qui absorbe les chocs des vagues. Personne ne savait quelle protéine construit cette charpente solide et poreuse, ni comment elle se forme.For 20 years, mussel adhesion has been explained almost exclusively by DOPA, the metal-binding amino acid in the byssus glue (plaque). But that doesn't explain everything: the plaque isn't just glue, it's also a solid, micro- and nanoporous sponge that absorbs wave impacts. No one knew which protein builds this solid, porous scaffold, or how it forms.

L'équipe a identifié une protéine jusque-là inconnue, riche en histidine, baptisée mefp-12, localisée spécifiquement dans les glandes sécrétrices de la plaque. Des outils de prédiction structurale par IA (AlphaFold3, Chai) suggèrent qu'elle forme une structure en super-hélice (« coiled-coil ») stabilisée par du zinc, avec des domaines évoquant des « doigts de zinc ». J'ai conçu et réalisé les expériences de RMN en solution et à l'état solide sur un peptide synthétique reproduisant le domaine hélicoïdal de mefp-12, afin de suivre, résidu par résidu, comment sa conformation change entre la solution, les gouttelettes liquides (coacervats) et le solide poreux final, et pour déterminer par RMN le pKa de l'histidine, le paramètre clé du déclenchement du durcissement.The team identified a previously unknown, histidine-rich protein named mefp-12, specifically localized in the plaque secretory glands. AI structure-prediction tools (AlphaFold3, Chai) suggest it forms a zinc-stabilized coiled-coil structure with domains resembling zinc-finger motifs. I designed and carried out the solution- and solid-state NMR experiments on a synthetic peptide reproducing mefp-12's helical domain, tracking residue by residue how its conformation changes between solution, liquid droplets (coacervates), and the final porous solid, and used NMR to determine histidine's pKa, the key parameter triggering hardening.

La RMN a montré que le peptide reste désordonné (« random coil ») en solution acide, mais que l'histidine et la tyrosine sont les résidus les plus affectés lors de la formation des coacervats, la preuve directe de leur rôle moteur dans cette séparation de phase liquide-liquide dépendante du zinc et du pH. Lorsque le pH augmente jusqu'à celui de l'eau de mer, le peptide se réorganise en hélices alpha stabilisées par des ponts histidine-zinc et durcit en un réseau poreux qui ressemble fortement à la structure naturelle de la plaque. Le pKa de l'histidine mesuré par RMN (6,2) correspond exactement au pH où ce durcissement se déclenche. Ces résultats révèlent un second réseau de réticulation, histidine-zinc, complémentaire de celui bien connu de la DOPA, remettant en question le modèle centré uniquement sur la DOPA et ouvrant la voie à des colles bio-inspirées combinant les deux mécanismes.NMR showed that the peptide remains disordered (random coil) in acidic solution, but that histidine and tyrosine are the residues most affected during coacervate formation, direct evidence of their driving role in this zinc- and pH-dependent liquid-liquid phase separation. As the pH rises to seawater levels, the peptide reorganizes into alpha helices stabilized by histidine-zinc bridges and hardens into a porous network that closely resembles the plaque's natural structure. The histidine pKa measured by NMR (6.2) matches exactly the pH at which this hardening is triggered. These findings reveal a second, histidine-zinc cross-linking network, complementary to the well-known DOPA one, challenging the DOPA-only model and opening the way to bio-inspired glues that combine both mechanisms.