Soutenance de thèse de LAFARGUE Elodie
Titre de thèse
fonction dynamique des interactions protéine-lipide membranaires par microscopie à force atomique à haute vitesse
dynamic function of membrane protein-lipid interactions by high-speed atomic forcemicroscopy
Résumé de la thèse
Les interactions entre les lipides et les protéines dans les membranes cellulaires sont cruciales pour maintenir leur structure et leurs fonctions essentielles. Malgré les avancées technologiques, notre compréhension des impacts de ces interactions protéine-lipide reste incomplète. Bien que l'impact de l'environnement lipidique sur la structure et la fonction des protéines membranaires soit largement reconnu, l'inverse demeure mal comprise. Les travaux réalisés vise à explorer ces interactions complexes, élucider les mécanismes fondamentaux régissant les interactions protéines – lipides et leur importance dans divers processus biologiques. Pour cela, différentes protéines membranaires ont été étudiées: MurG, VDAC1 ou la Lysénine. La principale technique utilisée a été la Microscopie à Force Atomique à Haute Vitesse (HS-AFM), une technique offrant une haute résolution spatio-temporelle dans des conditions physiologiques, permettant d'obtenir des films des protéines en action. Cette approche a permis de mettre en avant l'implication de MurG, une protéine bactérienne, dans le processus de partitionnement de la membrane ; l'impact de l'environnement lipidique sur l'oligomérisation du canal ionique mitochondriale VDAC1 ; ou encore, démontrer la capacité de la Lysenine toxine formant-pore, à induire la courbure de la membrane grâce au mode de cartographie mécanique. De plus, une partie de cette thèse a impliqué un développement technologique pour imiter les conditions conditions physiologiques par l'utilisation de mica nanoporeux et en développant un système générant un gradient électrochimique de part et d'autre de la membrane autosupportée. Ces travaux sur les interactions protéine-lipide membranaires mettent en avant le rôle des protéines sur l'activité des lipides membranaires, et inversement, tout en ouvrant de nouvelles perspectives pour les applications biomédicales.
Thesis resume
The interactions between lipids and proteins in cell membranes are crucial for maintaining their structure and essential functions. Despite technological advances, our understanding of the impacts of these protein-lipid interactions remains incomplete. While the impact of the lipid environment on the structure and function of membrane proteins is widely recognized, the reverse remains poorly understood. The work carried out aims at elucidate the fundamental mechanisms governing protein-lipid interactions, and their importance in various biological processes. To achieve this, different membrane proteins were explored: MurG, VDAC1 and Lysenin. The main technique used was High-Speed Atomic Force Microscopy (HS-AFM), a technique offering high spatio-temporal resolution under physiological conditions, providing films of proteins in action. This approach has highlighted the involvement of MurG, a bacterial protein, in the membrane partitioning process; the impact of the lipid environment on the oligomerization of the mitochondrial ion channel VDAC1; and demonstrated the ability of the pore-forming toxin Lysenin to induce membrane curvature thanks to mechanical Jumping mode. Additionally, part of this thesis involved technological development to mimic physiological conditions through the use of nanoporous mica and by developing a system generating an electrochemical gradient across the self-supported membrane. These studies on membrane protein-lipid interactions highlight the role of proteins in the activity of membrane lipids, and vice versa, while opening new perspectives for biomedical applications.