Comment les lipides polyinsaturés facilitent les déformations membranaires

How polyunsaturated lipids facilitate membrane deformations

• Auteur / Autrice : Marion Tiberti
• Direction : Bruno Antonny, Romain Gautier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 11/12/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire / IPMC
• Jury : Président / Présidente : Laurent Counillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Counillon, Marc Baaden, Isabelle Callebaut, Catherine Etchebest, Thierry Ferreira
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Baaden, Isabelle Callebaut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides

Dynamique moléculaire

Membrane cellulaire

Mots clés libres

Membrane

Lipides polyinsaturés

Dynamique moléculaire

Membrane

Polyunsaturated lipids

Molecular dynamics

Résumé

Les phospholipides polyinsaturés facilitent la déformation et la fission de la membrane par les protéines d'endocytose, ce qui suggère un lien entre l'enrichissement frappant de ces lipides dans les membranes plasmiques neuronales et la vitesse très rapide à laquelle l'endocytose survient dans les neurones. Afin d'explorer davantage l'impact des phospholipides polyinsaturés sur la déformation et la fission des membranes, des simulations de dynamique moléculaire sont réalisées sur des membranes modèles dans lesquelles la distribution des chaines polyinsaturées est contrôlée de plusieurs façons. Dans un premier temps, le profil des chaines a été modifié de façon systématique en introduisant un nombre croissant d'insaturation sur les chaines aliphatiques en position 1 et/ou 2. Dans un deuxième temps, la distribution des phospholipides polyinsaturés a été limité à un seul feuillet de la membrane pour mimer l'asymétrie de composition des deux feuillets des membranes biologiques. Ces approches ont montré que (i) les mouvements verticaux des chaines aliphatiques le long de la membrane augmentent avec la polyinsaturation et sont responsables de la flexibilité croissante des membranes ; (ii) l'effet mécanique des phospholipides polyinsaturés augmente en fonction du nombre d'insaturation, avec notamment une différence entre les chaines 20 :4 (omega-6) et 22 :6 (omega-3) ; (iii) la combinaison d'une chaine aliphatique saturée et d'une chaine aliphatique polyinsaturée dans les phospholipides permet un compromis entre imperméabilité et flexibilité membranaires ; (iv) les phospholipides polyinsaturés stimulent la déformation et la fission de la membrane s'ils sont présents dans le feuillet externe à la déformation (c'est-à-dire cytosolique dans le cas d'une endocytose) mais ils n'ont pas d'effet dans le feuillet opposé. Ces observations permettent de proposer un modèle dans lequel les chaines polyinsaturées adaptent leur conformation à la courbure du feuillet convexe. Ces résultats concordent avec la distribution des chaînes aliphatiques polyinsaturées dans les membranes cellulaires.

Polyunsaturated phospholipids facilitate the deformation and fission of membrane by endocytosis proteins. It suggests a link between the striking enrichment of these lipids in neuronal plasma membranes and the fast endocytosis. In order to further explore the impact of polyunsaturated phospholipids on membrane deformation, molecular dynamics simulations are performed on model membranes in which the distribution of polyunsaturated chains is controlled in several ways. First, the acyl chain profile was systematically modified by introducing an increasing number of unsaturation on the acyl chains in position 1 and/or 2. In a second step, the distribution of polyunsaturated phospholipids was limited to only one leaflet of the membrane to mimic the asymmetric composition of biological membranes. These approaches have shown that (i) the vertical movements of acyl chains along the membrane increase with polyunsaturation and are responsible for the increasing flexibility of membranes; (ii) the mechanical effect of polyunsaturated phospholipids increases with the number of unsaturation, including a difference between chains 20 :4 (omega-6) and 22 :6 (omega-3) ; (iii) the combination of a saturated acyl chain and a polyunsaturated acyl chain in phospholipids allows a compromise between impermeability and membrane flexibility ; (iv) polyunsaturated phospholipids stimulate membrane deformation and fission if they are present in the outer leaflet to the deformation (i.e. cytosolic in the case of endocytosis) but they have no effect in the opposite leaflet. We propose a model in which polyunsaturated chains adapt their conformation to the curvature of the convex leaflet. These results are consistent with the distribution of polyunsaturated acyl chains in cell membranes.