– ProLipScis

La scission membranaire est une étape cruciale dans la chaîne moléculaire d?évènements qui conduit à la formation d?intermédiaires de transport. La dynamine, une GTPase, joue un rôle important dans la scission. Cependant, dans des organismes comme les levures, la Drosophile, et des systèmes mammifères, d?autres mécanismes semblent aussi contribuer à l?efficacité de ce mécanisme de scission, en particulier dans le cas de l?endocytose indépendante de la clathrine, et cela en synergie avec la dynamine ou non. Nous avons étudié les invaginations tubulaires d?endocytose induites de manière indépendante des manteaux protéiques par la toxine bactérienne Shiga- un cargo modèle de l?endocytose indépendant de la clathrine-. Nos résultats préliminaires montrent que ces tubes de membranes se détachent quand le système est transféré de la température physiologique à la température ambiante ou au-dessous. De plus, la présence de cholestérol est nécessaire au détachement. Par conséquent, et en s?appuyant sur des considérations théoriques, nous avons fait l?hypothèse que les membranes dans ces invaginations sont près d?un point critique de miscibilité (limite de phase), et qu?un signal externe amplifie les hétérogénéités dynamiques et à petite échelle de la membrane et déplace le système dans le diagramme de phase vers un point où les effets collectifs font apparaître les forces qui génèrent la scission. Non seulement ce modèle est nouveau dans les réactions de scission, mais encore il a des implications conceptuellement et radicalement différentes dans la manière avec laquelle la composition de la membrane est intégrée de manière biologiquement pertinente dans le trafic. Les résultats scientifiques attendus ont des implications qui dépassent le contexte immédiat de la scission de membranes biologiques : - l?information sur la composition de sous-domaines de membrane (les tubules induites par la toxine Shiga) formés par le regroupement dynamique de protéines et de lipides qui sont ensuite l?objet de réactions biologiques spécifiques (invagination et scission). Nous présumons que de tels sous-domaines sont enrichis en ce que l?on appelle des « rafts » lipidiques. - L?information du comportement physique de ces sous-domaines membranaires. Nous prédisons que les compositions lipidiques sont dans un état proche d?une limite de phase à la température physiologique. - L?identification de la machinerie protéique impliquée dans le processus de scission sans la dynamine (ou en synergie avec la dynamine). Nous pensons que l?actine sera l?un des partenaires nécessaires, et que les forces induites par l?actine sont cruciales pour la scission des vésicules. - Une vision intégrée de la fonction des protéines et des lipides dans la scission membranaire. Nous pensons que les états membranaires comme ceux que l?on trouve dans les tubules induits par STxB sont sujets à des réorganisations induisant la scission membranaire via une machinerie protéique comme celle de l?actine. - Nous pensons montrer également que des concepts développés dans le cadre de l?étude de la toxine Shiga pourront être étendus à d?autres cargos qui pénètrent les cellules par endocytose indépendante de la clathrine. Le défi conceptuel de notre projet est de taille, car il ne s?agit pas simplement d?un développement logique de modèles existants, mais plutôt d?une approche radicalement nouvelle de la pertinence biologique de l?organisation des membranes. Nous combinons pour cela des data préliminaires solides, de l?expérimentation ad hoc, et un support solide de concepts physiques et biologiques qui devraient nous assurer un maximum de chances de succès. Notre projet nous permettra aussi de répondre aux défis technologiques suivants, et ainsi permettre des contributions qui pénètreront largement la communauté de biologie cellulaire. - La spectrométrie des ions secondaires (SIMS) pour l?imagerie des lipides. Nous pensons que le développement de protocoles de SIMS pour l?imagerie des lipides sera une contribution importante en biologie cellulaire des lipides, car la localisation cellulaire de lipides peu modifiés est l?un des plus gros défis actuels. - Reconstitution d?invagination et de scission membranaires sur des bicouches lipidiques supportées sur des pores. Dans des systèmes de liposomes, il est très difficile, voire même impossible, de manipuler le système protéique des deux côtés. Le développement de bicouches supportées sur des pores apportera une solution technique à ce défi. A nouveau, la combinaison de data préliminaires solides et d?une forte expertise nous permettra de maximiser les chances de succès. En résumé, en créant une collaboration entre biologistes, physiciens et chimistes, nous situons ce projet dans le cadre de concepts de physique de fluctuations près de la température critique, qui certainement serviront de source riche d?inspiration pour des découvertes résolument novatrices dans le champ des membranes biologiques.