Etude du rôle des protéines partenaires de l'actine dans la mécanique des gels branchés de levure

Study of the mechanical role of actin binding proteins in yeast branched actin networks

• Auteur / Autrice : Jessica Planade
• Direction : Olivia Du Roure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et mécanique des milieux hétérogenes (PMMH)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Hénon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivia Du Roure, Sylvie Hénon, Gladys Massiera, Christophe Le Clainche, Cécile Sykes, Jean Baudry
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gladys Massiera, Christophe Le Clainche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Levures

Complexe Arp-2-3

Actines

Colloïdes

Protéines -- Réticulation

Endocytose

Actine

Mots clés libres

Réseaux branchés

Propriétés mécaniques

Sac6

Scp1

Colloïdes superparamagnétiques

Branched networks

Mechanical properties

Sac6

Scp1

Superparamagnetic colloids

Résumé

Par ce travail expérimental, nous essayons d’établir un lien entre les propriétés mécaniques de gels d’actine branchés de levure et la composition biochimique des réseaux. L’actine est un polymère semi-flexible qui fait partie du cytosquelette. De nombreux partenaires protéiques de l’actine (notés ABPs par la suite) se lient aux filaments d’actine et les agencent en différents types de réseaux. Arp2/3 est un complexe protéique qui génère la croissance de réseaux d’actine branchés. Les réseaux d’actine branchés en croissance intéressent tout particulièrement physiciens comme biologistes car ils sont capables de développer des forces nécessaires à de nombreux processus vitaux pour la cellule, comme l’endocytose. Nous avons ici étudié les propriétés mécaniques de gels d’actine branchés reconstitués in vitro, en nous focalisant sur le rôle d’un type d’ABPs en particulier, les protéines de réticulation. Il nous a été possible de quantifier et de comparer l’effet de trois protéines de réticulation différentes sur la mécanique des réseaux d’actine branchés de levure.Afin de mener à bien cette étude, nous avons combiné deux puissantes techniques expérimentales.Nous avons utilisé une technique de mesure des propriétés mécaniques basée sur l’utilisation de colloïdes superparamagnétiques développée au laboratoire. Cette technique permet de réaliser des mesures quantitatives et à haut débit sur des gels polymères très fins (quelques centaines de nanomètres d’épaisseur). Les réseaux ont été reconstitués in vitro grâce à la fonctionnalisation des billes superparamagnétiques avec Las17, une protéine que notre collaborateur biologiste a identifiée comme suffisant à activer Arp2/3 chez la levure. Nous avons de plus combiné deux approches complémentaires en travaillant à la fois sur des extraits cellulaires de levure contenant toutes les ABPs des réseaux Arp2/3 et à la fois sur des mélanges de quelques protéines purifiées.L’approche « top-down » est basée sur l’utilisation d’extraits cellulaires de mutants de la levure n’exprimant pas une ou des protéine(s) d’intérêt(s), et l’approche « bottom-up » sur l’addition de la protéine étudiée dans le système simplifié de quelques protéines purifiées.

In this experimental work we tried to quantify the mechanical properties of yeast branchedactin networks with regard to their biochemical composition. Actin is a semi-flexible biopolymerthat is assembled as part of the cytoskeleton. Proteins partners of actin (ABPs) shape itsfilaments into different type of networks. Arp2/3 is a protein complex that has the propertyto generate branched actin gels. Growing branched actin networks are of particular interest forboth biologists and physicists because of their ability to generate forces necessary to many vitalprocesses such as endocytosis. Here we study in vitro the mechanical properties of such networks,and we focus on the role of one type of actin binding proteins, the crosslinkers. This family ofproteins appears to play a role in both the elastic, viscous and plastic properties of the gels. Weare able to quantify and to compare the impact of three different crosslinkers on branched actinnetworks in yeast.In order to conduct said study, we combined two powerful experimental methods. We used asuperparamagnetic particle-based mechanical measurement technique that was developed in thelab and allows quantitative, high-throughput measurements on very thin gels. And the networkswere reconstituted in vitro by functionalization of the magnetic particles with Las17, which hasbeen showed to activate Arp2/3 for the yeast by our biologist collaborator. We furthermoreworked on both yeast extracts containing all the ABPs of the Arp2/3 networks, and with setsof a few purified proteins, in order to combine a « top-down » (use of mutations in yeast toprevent the expression of protein(s) of interest) and a « bottom-up » (addition of a protein ofinterest in a simplified system) approaches.