Role of membrane curvature in intracellular trafficking : 3 case studies

par Benoît Sorre

Thèse de doctorat en Interfaces Physique - Biologie

Sous la direction de Patricia Bassereau et de Bruno Goud.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .

mots clés

• Facteur-1 d'ADP-ribosylation
• Lipides membranaires
• Liaison aux protéines
• Complexe I de protéines de revêtement
• Pinces optiques
• Liposomes unilamellaires

Titre traduit

Rôle de la courbure membranaire lors du trafic intra-cellulaire : étude de 3 cas

Résumé

Le trafic intracellulaire est une des grandes fonctions cellulaire, consistant en un échange permanent de structures membranaires transportant des lipides et des protéines d'un compartiment de la cellule vers un autre. Un nombre croissant de preuves expérimentales indique que la courbure membranaire y joue un rôle important, que ce soit pour le tri ou pour la régulation de l'activité de certaines protéines. Pour étudier l'influence de la courbure lors de ces processus, j'ai mis au point un dispositif expérimental in vitro permettant de tirer des nanotubes de membrane de rayon contrôlé à partir de vésicules géantes unilamellaires (GUV), combiné à un microscope confocal. Ce système permet de faire varier le rayon du tube dans la gamme 10-100nm, en mesurant quantitativement l'évolution de sa composition. Nous avons d'abord utilisé ce dispositif expérimental pour montrer que sous certaines conditions la courbure de la membrane peut induire un tri de lipides. En parallèle, nous avons étudié les conséquences de l'activité courbure-dépendante d'une enzyme (ArfGAPl) sur la localisation de son substrat (Arfl) dans une système membranaire ou une région très courbée est connectée a un réservoir de membrane plane. Enfin, nous avons utilisé cette même approche pour caractériser les capacités d'une protéine a domaine N-BAR (amphiphysin 1) a déformer les membranes.

Résumé

Intracellular trafficking thus consists in a permanent exchange of membrane structures transporting lipids and proteins from a compartment of the cell to another. T. Membrane is not only the passive envelope of transport intermediates and the physico-chemical properties of the membrane have to be taken into account. In particular, a growing number of experimental evidence shows that membrane curvature might play an important part in the regulation of intracellular processes. Indeed, transport intermediates are very curved objects (R< 50nm) compared to the membrane from which they are formed. This problem being difficult to study inside the cell, we have used an in vitro approach consisting in pulling membrane nanotubes out of Giant Unilamellar Vesicles. It allows setting the tube radius in the 10-100nm range while monitoring its composition thanks to fluorescence and force measurements. We have used this approach to show that membrane curvature is able to induce lipid sorting and under which conditions. We have also been interested in which way the curvature-dependent enzymatic activity of ArfGAPl affects the spatial localization of its substrate (Arfl) in a membrane configuration where a highly curved membrane part is connected to a fiat membrane reservoir Finally, we have been interested to the membrane deformation capabilities of amphiphysin1, a protein belonging to the BAR domain protein family