Physique du bourgeonnement des gouttelettes lipidiques – NANODROP

Les gouttelettes lipidiques (LD) sont les organelles régulant l'équilibre énergétique dans les cellules. Ils sont les principaux réservoirs de lipides de la cellule, jouent un rôle majeur dans la biogenèse membranaire et sont impliqués dans un certain nombre de maladies métaboliques et infectieuses. Les LD sont similaires aux gouttelettes d'émulsion huile-dans-eau et consistent en une gouttelette d'huile (c'est-à-dire des lipides non polaires, tels que la trioléine) entourés d'une monocouche de phospholipides. La fonction des LD est principalement décidée à la naissance (LD biogenèse), dans le réticulum endoplasmique (ER), où la plupart des lipides et des protéines sont chargés dans les DL. Par conséquent, l'élucidation du mécanisme de la biogénèse LD est l'étape clé pour comprendre la fonction LD. Malgré leur rôle fondamental dans le métabolisme et la maladie, le mécanisme de la formation de LD dans les ER reste mal compris. Quelles sont les forces motrices pour le bourdonnement des LD? Il a été supposé que la composition chimique et les propriétés physiques de la LD naissante jouent un rôle majeur dans l'émergence, mais aucune preuve définitive ne confirme ce scénario. Une autre question ouverte sur le bourgeonnement de LD concerne sa direction. Le bourgeonnement directionnel peut résulter d'une distribution lipidique ou protéique asymétrique, sans exigence de protéines induisant la courbure spécifiques. Encore une fois, aucune preuve ne confirme cette hypothèse.
L'objectif principal de la présente proposition est de déterminer le mécanisme et les forces motrices pour le bourgeonnement directionnel LD. Plus précisément, notre objectif est de comprendre comment la composition chimique et les propriétés physiques de LD favorisent ou entravent le bourgeonnement directionnel LD, dans les cellules et dans les systèmes modèles.
Jusqu'à présent, il a été extrêmement difficile de contrôler et même d'identifier les changements dans la composition de LD et les propriétés physiques au cours des différentes étapes de la biogénèse LD dans le RE des cellules vivantes. Pour briser l'impasse actuelle, dans la première partie de notre projet, nous comptons sur des systèmes modèles, qui permettent un contrôle correct des propriétés chimiques et physiques. Nous allons combiner des simulations informatiques de niveau moléculaire de pointe avec des expériences sur LD artificielles. Au cours des dernières années, nous avons développé une expertise dans la construction et la manipulation de deux types de systèmes de LD artificiels de différentes tailles, tant dans les simulations que dans les expériences. Ici, nous utiliserons ces systèmes modèles pour explorer la propension à la bourdonnement de LD en fonction de la taille LD, de la composition chimique et de la tension superficielle. Les simulations moléculaires permettront d'interpréter les données expérimentales en termes de structures moléculaires, qui ne sont pas accessibles autrement.
Les propriétés des systèmes modèles peuvent être plus facilement contrôlées, mais quelle est la correspondance précise entre les systèmes modèles et les cellules vivantes? Dans la mesure du possible, nous testerons nos résultats des systèmes modèles sur les cellules vivantes. Les mesures quantitatives de la répartition de la taille LD dans les cellules permettront de préciser dans quelle mesure les résultats sur les systèmes LD artificiels peuvent être transférés vers les cellules.
La compréhension de la biogénèse LD aura un impact énorme sur la compréhension actuelle du métabolisme cellulaire et de l'homéostasie cellulaire. À son tour, une meilleure compréhension du métabolisme cellulaire jouera un rôle déterminant dans le développement de nouvelles technologies pour moduler le métabolisme cellulaire, avec des implications pour la biotechnologie (amélioration des cultures) et pour le traitement de maladies métaboliques courantes (obésité, diabète et athérosclérose) et des infections virales.