Propriétés de liaison aux membranes des protéines RAB

Membrane binding properties of RAB GTPases

• Auteur / Autrice : Guillaume Kulakowski
• Direction : Bruno Goud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interface biologie-physique
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Compartimentation et dynamique cellulaires (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Joëlle Sobczak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine L. Jackson, Bruno Antonny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacqueline Cherfils, Aurélien Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides

Protéines rab

Mots clés libres

In vitro

Rab

Prénylation

Vésicules géantes

Lipide

Propriétés physicochimiques des membranes

In vitro

Rab

Prenylation

Giant Vesicles

Lipid

Membrane physicochemical properties

Résumé

Les RAB GTPases sont des régulateurs majeurs du trafic vésiculaire et sont localisées sur des compartiments spécifiques. L'identification des processus moléculaires régulant la localisation des RAB est donc cruciale afin de comprendre les mécanismes de transport intracellulaire. Nous sommes parvenus, pour la première fois, à incorporer des protéines RAB purifiées et prénylées dans des membranes artificielles. Nous avons tout d'abord observé que RAB6 est capable de promouvoir une agrégation de vésicules, phénomène qui n'est pas observé avec RAB1 et RAB5. Nous suggérons un modèle dans lequel RAB6 interagit en trans avec lui-même et par conséquent induit un accolement de membranes. La partie principale de cette étude consistait à identifier les propriétés physicochimiques des membranes requises pour le recrutement des protéines RAB. Nous avons observé que RAB1, RAB5 et RAB6 se lient préférentiellement à des membranes désordonnées et courbées, phénomène qui s'explique par l'insertion du groupement prenyl hydrophobe au niveau de défauts d'agencement de lipides. En revanche, le recrutement de RAB35 requiert la présence de lipides chargés négativement et peut être modulé, dans une moindre mesure, par les défauts d'agencement lipidique. Bien que RAB4 et RAB11 soient recrutées sur des fractions de Golgi purifiées, les charges membranaires et les défauts d'agencement lipidique ne sont pas suffisants pour permettre leur recrutement sur des vésicules synthétiques. Cela suggère que le recrutement de RAB4 et RAB11 nécessite des propriétés membranaires plus complexes. Nos travaux démontrent que les propriétés membranaires sont cruciales pour la localisation spécifique des protéines RAB.

RAB GTPases are major regulators of vesicular trafficking and localize to specific compartments. Deciphering the molecular mechanisms governing RAB localization is thus critical to understand intracellular transport processes. We have managed, for the first time, to incorporate purified and prenylated RABs into artificial membranes. By doing so, we observed that RAB6, but not RAB1 or RAB5, is able to promote by itself vesicle tethering. We believe that RAB6 is able to interact in trans with itself and to consequently drive homotypic membrane tethering. In the main part of this study, we investigated the physicochemical membrane requirements necessary for RAB recruitment. RAB1, RAB5 and RAB6 were all found to only localize to disordered membrane domains and to preferentially bind to curved membranes. We demonstrated that this specific recruitment of RAB1, RAB5 and RAB6 is primarily dependent on the hydrophobic insertion of their prenyl group into lipid packing defects. In contrast, RAB35 recruitment was primarily dependent on the presence of negatively charged lipids and was found to be modulated, to a lesser extent, by lipid packing defects. Although RAB4 and RAB11 were effectively recruited to purified Golgi fractions, in an effector-independent manner, membrane charges and lipid packing defects were not sufficient to promote their recruitment to synthetic vesicles; suggesting that RAB4 and RAB11 require more demanding membrane physicochemical properties. Our work demonstrates that the properties of membranes are critical for the regulation of RAB specific membrane targeting.