Déformation membranaire et détection de courbure par des protéines à domaine I-BAR

par Coline Prevost

Thèse de doctorat en Matière condensée et Interfaces

Sous la direction de Patricia Bassereau.

Soutenue en 2014

à Paris 7 .


  • Résumé

    Les membranes biologiques peuvent présenter un grand nombre de formes. Ces formes sont générées par des protéines possédant une courbure caractéristique, un domaine capable de s'insérer dans la bicouche lipidique, ou les deux. En outre, la présence d'une membrane courbée peut constituer un signal, dont la détection nécessite aussi des protéines spécialisées. Savoir si les mêmes protéines sont capables de remplir ces deux rôles reste une question ouverte. Par ailleurs, les membranes cellulaires peuvent se courber soit en direction du cytoplasme soit dans la direction opposée. Ainsi, des protéines cytosoliques peuvent faire face à une surface convexe (de courbure positive) ou concave (négative). Nous avons caractérisé quantitativement le domaine I-BAR de la protéine IRSp53, qui possède une interface de liaison à la membrane convexe, et interagit donc avec la courbure négative. Nous avons utilisé un système in vitro, où le domaine I-BAR est d'abord encapsulé dans des liposomes géants, de courbure négligeable. Un fin tube de membrane est ensuite tiré à partir d'un liposome, ce qui génère une interface courbée négativement pour le domaine encapsulé. Nous avons mesuré en fluorescence la redistribution du domaine, ainsi que son effet sur la mécanique du tube. Nous observons un comportement continu, où le domaine est surtout capable de détecter la courbure lorsqu'il est peu concentré à la membrane, et d'imposer une courbure préférentielle lorsqu'il est plus concentré. Nous avons aussi étudié le domaine I-BAR de ABBA, qui est similaire à celui d'IRSp53, mais possède une hélice amphipathique, un domaine qui est habituellement associé à la génération et détection de courbure positive.

  • Titre traduit

    Bending membranes and sensing curvature by I-BAR domain proteins


  • Résumé

    Biological membranes display a vast array of shapes. These shapes result in particular from the binding of proteins with characteristic curvature, or carrying motifs able to insert into the bilayer, or both. Moreover these shapes often provide geometrical cues, "informing" the cell on the stage of a budding reaction for instance. The detection of this peculiar signal again requires specialized proteins, and a current question is whether the same proteins or protein motifs are involved in performing both tasks in vivo. Additionally, cellular membranes may either bend toward or away from the cytoplasm, so that cytosolic proteins may either face the convex (of "positive" curvature) or concave (of "negative" curvature) side of the membrane. We quantitatively characterized the I-BAR domain of the protein IRSp53, which displays a convex membrane-binding interface, and therefore interacts preferentially with negative curvature. We used an in vitro assay in which the I-BAR is first encapsulated inside giant liposomes of practically zero curvature. A membrane nanotube is then pulled out of a single liposome, creating a negatively-curved interface for the encapsulated I-BAR. We measured the redistribution of the I-BAR, and how it affects the tube mechanics, as a function of tube curvature and protein area coverage on the membrane. We observe a continuous behavior where the I-BAR mostly detects curvature at low coverage, and imposes a preferred curvature at higher coverage. We have also studied the I-BAR domain of ABBA, which is similar to IRSp53 I-BAR, but additionally displays an amphipathic helix, a motif usually associated with the generation and detection of positive curvature.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Annexes : 187 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2014) 145
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