Dynamique de l'agrégation protéique chez la bactérie Escherichia coli

Dynamic of protein aggregation in Escherichia coli

• Auteur / Autrice : Anne-Sophie Coquel
• Direction : Hugues Berry, Ariel Lindner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie / Informatique
• Date : Soutenance le 16/11/2012
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Rhône ; 2003-....) - BEAGLE
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Beslon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hugues Berry, Ariel Lindner, Guillaume Beslon, Charles Kervrann, Olivier Gandrillon, Abram Aertsen, Lionel Moisan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Charles Kervrann, Olivier Gandrillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia

Protéines -- Agrégation

Mots clés libres

Biosciences

Métabolisme cellulaire

Aggrégation protéique

Escherichia coli

Diffusion

Prionoide

Croissance

Biosciences

Cellular metabolism

Protein aggregation

Escherichia coli

Diffusion

Prionoid

Growth

Résumé

L’agrégation protéique joue un rôle clé dans la dégénérescence cellulaire et est notamment reliée à de nombreuses maladies humaines en lien avec le vieillissement telles que les maladies d’Alzheimer et Parkinson ou encore la maladie du prion. Chez la bactérie Escherichia coli, l’accumulation de dommages sous forme d’agrégats protéiques et leur ségrégation asymétrique au pôle ont permis de démontrer des signes de vieillissement chez cette bactérie. Cette thèse s’est concentrée sur l’étude de la dynamique spatiale des agrégats protéiques in vivo chez la bactérie E. coli. Les agrégats protéiques peuvent être classifiés comme corps d’inclusion dont on dit souvent qu’ils sont amorphes ou comme amyloïdes dont le niveau de structuration est très élevée par la présence de nombreux feuillets β. Combinant une double approche théorique et expérimentale, basée sur la modélisation et la microscopie time-lapse et microfluidique, nous avons étudié le mécanisme gouvernant le mouvement des agrégats protéiques et la transmission verticale d’agrégats de type prionoide sur plusieurs dizaines de générations. Nos résultats indiquent clairement que les agrégats protéiques sont régis par un mouvement Brownien de diffusion avec un coefficient de diffusion dépendant de la taille de la molécule. L’étude de protéinopathie amyloïde a démontré l’existence de lignages propageant deux types d’agrégats : globulaire ou en forme de "comet-like". Les lignées présentant les agrégats sous forme globulaire indiquent une augmentation de la taille des agrégats jusqu’à inhibition de la division cellulaire tandis que la forme "comet-like" est moins préjudiciable à la croissance. Nous avons également observé à faible fréquence des lignées avec un changement de type d’agrégat. A partir d’un agrégat gobulaire, des agrégats "comet-like" peuvent naître.

Protein aggregation plays a key role in cell decline and leads to several human disease linked to ageing like Alzheimer or Parkinson disease and prion disease. In Escherichia coli bacteria, ac- cumulation of damaged proteins and their asymmetric segregation allowed to show ageing signs. This thesis is focused on the in vivo spatial dynamics of protein aggregates in E. coli. Protein aggregates can be classified as inclusion bodies and they are amorphous or amyloid with a high order level due to β sheets. Combining a double theoretical and experimental approach, based on modeling and time-lapse and microfluidic microscopy, we studied the mechanism governing the motion of protein aggregates and the long-term vertical transmission of prionoid aggregates for about 10 generations. Our results show clearly that Brownian diffusion governs the motion of protein aggregates and the diffusion coefficient depends on the molecule size. The amyloid proteinopathy study shows the existence of lineages propagating two kind of aggregates : globular or comet-like. Lineages maintaining globular aggregates present an increase of the aggregate size until inhibition of the growth rate while comet-like aggregates are mildly detrimental to growth. We observed also at low frequency in some lineages the presence of both aggregates and a switch between them. Glo- bular foci give born to comet-like aggregates.