Ciblage Dynamique de Protéines vers la Surface des Gouttelettes Lipidiques – LDsurfDynamics

Propriétés de la surface d’un gouttelette lipidique et de l'association des hélices amphipathiques in silico et in vitro
• simulations de dynamique moléculaire (MD) de la surface lipidique des gouttelettes. Ici, nous appliquons à la fois tous les atomes et les approches à gros grain, en utilisant un système dans lequel une épaisse couche de lipide neutre sépare deux monocouches de phospholipides.
• MD de l'association AH avec des gouttelettes. Nous utilisons une stratégie de simulation semblable à nos précédents travaux (Vanni et al., 2013), dans lequel nous avons utilisé une approche tout-atome pour modéliser l'association d'un motif ALPS avec la surface de bicouches de différente composition de phospholipides.
• La caractérisation biochimique des AH et LD bioprobes (liaison aux gouttelettes artificielles). Les approches de MD, en particulier pour l'association des AH avec la surface des gouttelettes, sont menées en parallèle avec des études de liaison utilisant des gouttelettes artificielles.

Le ciblage des protéines de gouttelettes lipidiques dans des cellules
• Caractérisation des bioprobes LD dans les cellules. Nous exprimons les AHs utilisées dans les analyses biochimiques, mais fusionné à une protéine fluorescente, pour comparer la localisation dans les cellules, la liaison aux gouttelettes artificielles in vitro, et des simulations MD.
• Analyse de type sauvage perilipin et mutantes sondes dans les cellules

Rôle de GBF1 et son substrat Arf1 dans le métabolisme des lipides et de la traite
• approches biologiques cellulaires à comprendre le rôle de GBF1 dans le trafic de métabolisme des lipides et des cellules de mammifères

1. Identification du mécanisme par lequel périlipine est ciblé à la surface des gouttelettes lipidiques.
2. Caractérisation des défauts de packing des lipides sur la surface des gouttelettes lipidiques en fonction de la teneur en lipides neutres à l’intérieur et de la densité des phospholipides.
3. Nouvelles propriétés biochimiques de périlipine.

De nombreuses protéines agissant sur les gouttelettes lipidiques contiennent des régions relativement longues pouvant potentiellement se replier en hélice amphipathique à la surface des gouttelettes, mais le mécanisme précis d'adsorption / repliement reste encore à déterminer.

1. Alenka Copic, Cesar la Torre Garay, Joachim Moser von Filseck, Romain Gautier, Bruno Antonny, Guillaume Drin, Cathy Jackson. Gordon Conference “Lipids, Molecular & Cellular Biology of”, July 26-31, 2015, Waterville Valley, NH, USA. Selected for an oral presentation.

2. Alenka Copic, César La Torre Garay, Bruno Antonny and Cathy Jackson. Jacques Monod Conference “Molecular basis for membrane remodelling and organization”, November 15-19, 2014, Roscoff, Brittany, France. Poster.

3. Amélie Bacle, Stefano Vanni, Cathy Jackson and Patrick Fuchs. Jacques Monod Conference “Molecular basis for membrane remodelling and organization”, November 15-19, 2014, Roscoff, Brittany, France. Poster.

4. Jackson CL and Bouvet S. (2014) Arfs at a Glance. J Cell Sci. 127:4103-9.

5. Jackson CL. (2014) GEF-effector interactions. Cellular Logistics 4(2):e943616

6. Jackson CL. 2014. Arf proteins and their regulators: at the interface between membrane lipids and the protein trafficking machinery, Chapter 8, in “Ras Superfamily Small G Proteins: Biology and Mechanisms 2”, Alfred Wittinghofer, editor, Springer International Publishing, Switzerland.

7. A. Copic, S. Bouvet, C. la Torre-Garay, C. Jackson. ASCB 2014 Annual Meeting, Philidelphia, USA. Invited Speaker.

8. Samuel Bouvet, Alenka Copic, César La Torre-Garay, Cathy Jackson. Jacques Monod Conference “Molecular basis for membrane remodelling and organization”, November 15-19, 2014, Roscoff, Brittany, France. Invited Speaker.

9. Cathy Jackson. IUBMB Annual Meeting, 21-26 octobre 2014, Taipei, Taiwan. Invited Speaker.

10. Bruno Antonny. IUBMB Annual Meeting, 21-26 octobre 2014, Taipei, Taiwan, Invited Speaker.

11. Bruno Antonny. Gordon Research Conference “Molecular Membrane Biology”, New Hampshire, USA, July 2015, Invited Speaker.

12. Stefano Vanni, Romain Gautier, Hisaaki Hirose, Mathieu Pinot, Helene Barelli and Bruno Antonny. Jacques Monod Conference, November 15-19, 2014, Roscoff, Brittany, France. Poster.

Les cellules eucaryotes contiennent un organite mystérieux: la gouttelette lipidique. Par mystérieux, nous n’entendons pas que la fonction de cet organite est inconnue; les gouttelettes lipidiques représentent en effet le moyen le plus efficace de stockage d’énergie pour les cellules. Ce qui fait des gouttelettes lipidiques des entités énigmatiques au point de vue biologie cellulaire vient de leur nature singulière: un noyau de molécules purement hydrophobes (triglycérides et esters de stérols) entouré par une monocouche de phospholipides contenant des protéines spécifiques. Ces gouttelettes diffèrent donc fondamentalement des autres organites qui sont entourés par une bicouche lipidique.
Ces dernières années ont vu un regain d'intérêt pour les gouttelettes lipidiques. Une raison évidente vient de leur implication fondamentale dans les maladies métaboliques telles que les lipodystrophies et l'obésité. Par ailleurs, la prise de conscience que la frontière entre les gouttelettes lipidiques et d'autres organites cellulaires est plus étroite qu'on ne le pensait stimule de nouvelles lignes de recherche. Par exemple, il est maintenant relativement bien établi que les gouttelettes lipidiques naissent du réticulum endoplasmique, bien que le mécanisme exact reste à éclaircir. En outre, il a été démontré que certaines familles de protéines qui sont bien connues pour leur association avec les organites classiques, peuvent également s'associer avec des gouttelettes lipidiques. Un exemple intéressant est la petite protéine G Arf1, mieux connue pour sa fonction critique au niveau de l'appareil de Golgi. Enfin, des études de biologie cellulaire ont également révélé que les gouttelettes lipidiques présentent un cycle de vie très dynamique, subissant des phases d'expansion et de contraction synchronisées avec le recrutement de protéines spécifiques.
Les laboratoires de Cathy Jackson et Bruno Antonny collaborent depuis de nombreuses années sur le cycle GTPase de la petite protéine G Arf1 et sur la reconnaissance des organites membranaires par des hélices amphipathiques. Ces deux aspects sont particulièrement importants pour l'étude des gouttelettes lipidiques. Premièrement, parce qu'un facteur d'échange de Arf1 nommé GBF1 semble avoir la propriété remarquable de «sauter» de l'appareil de Golgi à la surface des gouttelettes lipidiques. De cette façon, GBF1 pourrait coordonner l’action de Arf1 à la surface de ces deux organites. Deuxièmement, de nombreuses protéines agissant sur les gouttelettes lipidiques contiennent des régions relativement longues pouvant potentiellement se replier en hélice amphipathique à la surface des gouttelettes, mais le mécanisme précis d’adsorption / repliement reste encore à déterminer.
Pour comprendre la dynamique des gouttelettes lipidiques (GL), il est d'abord nécessaire de décrire les propriétés uniques de leur surface, et comment des protéines peuvent s’y associer. Quel est le packing des phospholipides de la monocouche des GL et comment diffère-t-il d’une membrane en bicouche classique? Est-ce que les protéines contenant des hélices amphipathiques (HA) s’associant aux GL sont recrutées par des interactions protéine-lipide directes? Si oui, quelles sont les propriétés de la monocouche (composition en lipides, packing des lipides) qui interviennent dans la liaison de ces HA? Comment GBF1 est-il recruté à la surface des GL? Est-ce que l’activation de Arf1 par GBF1 modifie la surface des GL? L'objectif de cette demande de financement est de répondre à ces questions dans le contexte de la maturation des GL, en utilisant plusieurs approches telles que la dynamique moléculaire, la reconstitution in vitro de liaison protéine/GL et protéine/liposome ainsi que des techniques d'imagerie incluant les microscopies optique et électronique.