Interactions reciproques de la proteine de l'autophagie Gabarap et de membranes modèles

Reciprocal interactions of the GABARAP autophagy protein and model membranes

• Auteur / Autrice : Isabelle Motta
• Direction : Frédéric Pincet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 04/06/2015
• Etablissement(s) : Paris, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique statistique de l'École normale supérieure (Paris) - Laboratoire de physique statistique

Mots clés

Mots clés libres

Autophagie

Biophysique

Micromanipulation

Autophagy

Biophysics

Micromanipulation

Résumé

La macro-autophagie est un processus de dégradation intracellulaire qui impliquela formation d'une vésicule à double membranes, l'autophagosome, permettantla séquestration des molécules à dégrader. La formation de l'autophagosome dé-bute par la nucléation de membranes isolées dans le cytosol. Elle se poursuit parune phase de croissance de la membrane en forme de coupe. Dans l'étape _nale,l'autophagosome se referme en fusionnant par ses bords pour former la vésicule.La morphologie de l'autophagosome évolue donc durant sa formation. Certainesétudes montrent que cela est dû à l'implication de machineries protéiques. Indé-pendamment, d'autres recherches mettent en avant les rôles joués par les propriétésphysiques de la membrane.Dans mon travail de thèse, j'ai cherché à montrer un couplage entre l'activité d'uneprotéine impliquée dans l'autophagie et les caractéristiques physiques de la membrane.Cette protéine, nommée GABARAP, est considérée comme le marqueurde l'autophagosome car elle est la seule protéine, avec ses homologues, à s'ancrerspécifiquement sur sa membrane lors de sa formation. En incorporant GABARAPdans des vésicules géantes unilamellaires micromanipulées, j'ai pu montrer unein_uence de la composition et de la courbure de la membrane sur la distribution,l'oligomérisation et la dynamique de la protéine. Ensuite, j'ai mesuré une diminutiondu module de courbure de la membrane lorsque la protéine y était ancrée.Cette dernière étude m'a amenée à développer un modèle permettant de prédire ladistribution de la protéine sur une membrane possédant deux régions de courburesdiérentes. Enfin, j'ai déterminé la nature de l'interaction en trans de GABARAP.

Macro-autophagy is an intracellular degradation process that involves a doublemembrane vesicle, the autophagosome, to engulf a cargo. Its formation starts withthe nucleation of isolated membrane in the cytosol. Then the membrane growsas a cup-shape around the cargo to finally fuse at its edge and enclose the molecules to be degraded. Thus, the autophagosome morphology evolves during itsformation. Studies show that protein machineries support such shape changes. Independently, other researches point membrane physical properties roles during itsrearrangement.During my PhD, I investigated the coupling between the activity of one autophagyprotein and membranes physical characteristics. This protein, GABARAP,is considered as the autophagosome marker, because, with its homologs, it is theonly protein to be specifically anchored to its membrane during all its formation.The reconstitution of GABARAP in micromanipulated giant unilamellar vesicles(GUVs) allowed me to study the interplay between membrane characteristics andprotein behaviours. In a first part, I showed that membrane composition and curvature trigger specific distribution, oligomerization and dynamic of GABARAP.Then I measured a decrease of the membrane bending modulus when the proteinwas anchored. This last result led me to propose a model that predicts proteinsdistribution on membranes with two regions of diferent curvatures. Finally, I determined the nature of GABARAP / GABARAP trans interaction.