Assemblage des proteines dans des membranes de tissus sains et pathologiques par Microscopie à Force Atomique – AFM-2-BioMed

-Atomic force microscopy imaging of native membranes
-Atomic force microscopy imaging of reconstituted membrane proteins
-Atomic force microscopy imaging of supported lipid bilayers
-Lens laser micro-dissection
-PCR

-Atomic force microscopy imaging of the +cAMP conformation of Mlok1
-Atomic force microscopy imaging of clathrin (preliminary)
-High-speed Atomic force microscopy imaging rod outer segment disks (preliminary)
-Laser micro-dissection of lenses
-AQP0 mRNA analysis by PCR (preliminary)

-High-resolution and high-speed AFM imaging the membrane systems under varying conditions (pathological, addition of mediators)
-Mouse cataract model setup

None, so far, on the project topics.

Les protéines membranaires sont responsables de beaucoup de fonctions vitales comme le transport, la transduction d’énergie, la propagation des signaux, la communication, etc. Notamment, ~70% de médicaments utilisés actuellement ciblent des protéines membranaires, ce qui souligne l’importance médicale de ce classe de protéines. Pour une meilleure compréhension de la fonction des protéines membranaires, la connaissance de leurs structure, assemblage et interactions est nécessaire. Actuellement, de plus en plus de structures sont résolues; pourtant l’organisation de ces protéines et leur fonction dans les complexes supramoléculaires restent souvent peu connus. Donc, comprendre l’organisation supramoléculaire des protéines membranaires permettra l’élaboration d’une vision synthétique des phénomènes biologiques liés aux biomembranes et facilitera le développement des approches moléculaires dans la médicine.
La microscopie à force atomique (AFM) est une technique qui explore la surface d’échantillons biologiques à l’aide d’une pointe effilée portée par un ressort très souple. Cette technique a fait ses preuves pour des études de protéines membranaires directement dans leur environnement natif – les biomembranes. La résolution de l’AFM et particulièrement son rapport signal-sur-bruit sont suffisants pour une visualisation directe de détails sous-moléculaires ainsi que de l’organisation oligomèrique de protéines membranaires. Donc l’AFM est capable de décrire l’architecture des biomembranes au niveau moléculaire comme global.

Vu l’importance des protéines membranaires dans les contextes physiologique comme médical nous proposons une étude comparative des biomembranes provenant de tissus sains et pathologiques. L’AFM sera utilisé principalement comme un outil d’imagerie pour observer l’organisation des protéines membranaires dans les membranes, comment une pathologie peut altérer cette organisation, puis comment un médicament peut exercer une influence sur la structure de la biomembrane.

Nous envisageons de focaliser nos études sur les trois systèmes biologiques suivants :

1). Membranes de fibrocytes du cristallin de l’œil. Ces membranes possèdent des microdomaines qui connectent les cellules voisines permettant une microcirculation dans le tissu. Il a été montré que la malformation de ces microdomaines est reliée au développement de la cataracte. Des modèles animaux avec une cataracte provoquée artificiellement par des médicaments seront utilisés pour étudier les mécanismes moléculaires de la formation de la cataracte.

2). Membranes discoides des bâtonnets retinaux. Ces membranes contiennent la rhodopsine – la protéine responsable de la première étape de la vision, e.g. l’absorption de la lumière. Il a été montré que les membranes discoïdes possèdent une architecture spatiale particulière. Les protéines membranaires sont organisées en domaines séparés par une « ceinture » lipidique. Avec des modèles animaux nous étudierons les mécanismes moléculaires de bases des rétinopathies.

3). Membranes riches en récepteur d’acetylcholine de type nicotinique (nAChR), un élément important de la transmission neuronale. Nous effectuerons des études AFM à haute résolution de ce récepteur directement dans la biomembrane. Notre but sera de décrire l’organisation du nAChR et de montrer comment une liaison avec un ligand/médicament peut influencer la conformation ainsi que l’organisation supramoléculaire des nAChR.

Nous croyons que nos études fourniront des donnes significatives sur la structure fine des biomembranes impliquées dans des processus physiologiques importants et éclaireront les aspects moléculaires des pathologies associées. Dans le futur l’AFM pourra être utilisé dans le diagnostique clinique en combinaison avec d’autres outils analytiques conventionnels. Donc l’AFM aidera à prendre des décisions sur les traitements médicaux et ainsi pourra contribuer au développement de la médicine moléculaire personnalisée.