Le rôle et les mécanismes d'assemblage des REMORIN

Role and assembly mechanims of Remorin

• Auteur / Autrice : Zeren Xu
• Direction : Birgit Habenstein
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie & de Biologie des Membranes & des Nano-objets
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : RMN des membranes et des assemblages de protéines
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Mongrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Birgit Habenstein, Douglas Vinson Laurents, Sophie Sacquin-mora, Matthieu Chavent, Isabel Alves, Yvon Jaillais
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Douglas Vinson Laurents, Sophie Sacquin-mora

Mots clés

Mots clés libres

Chimie supramoléculaire

Rmn

Biochimie

Cryo-EM

REMORINs

Dynamique lipidique

Supramolecular Chemistry

Nmr

Biochemistry

Cryo-EM

REMORINs

Lipid dynamics

Résumé

Les remorines sont des protéines multifonctionnelles qui régulent l'immunité, le développement et la symbiose chez les plantes. Elles séquestrent des lipides spécifiques dans des nanodomaines membranaires fonctionnels lorsqu'elles s'associent à la membrane. La famille multigénique des remorines comprend six groupes, classés en fonction de la composition de leurs domaines protéiques. Le ciblage membranaire des remorines s'effectue indépendamment de la voie sécrétoire. Elles sont plutôt dirigées vers différents nanodomaines selon leur groupe phylogénétique. Tous les membres de la famille possèdent une ancre membranaire C-terminale et un domaine d'homo-oligomérisation, encadrés par une région intrinsèquement désordonnée de longueur variable à l'extrémité N-terminale. Nous avons ici combiné l'imagerie moléculaire, la spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire, les calculs de structures protéiques, et des simulations avancées de dynamique moléculaire pour dévoiler une pré-structuration stable de dimères en coiled-coil en tant qu'unités de ciblage de nanodomaines modulables, contenant un manteau flou modulable et une charge positive de surface en forme de code-barres avant l'association avec la membrane. Ces caractéristiques protéiques ainsi que les différences de structures et de dynamiques entre les ancres lipidiques C-terminales des groupes de remorines offrent une plateforme sélective pour la liaison aux phospholipides lorsqu'elles rencontrent la surface membranaire. Nos données suggèrent que les remorines se replient dans le cytosol avec la région désordonnée N-terminale sous forme d'ensemble structural flou autour d'un cœur coiled-coil dimérique anti-parallèle contenant un motif d'interface symétrique rappelant une fermeture éclair hydrophobe à base de leucine. La distribution des charges, la courbure intrinsèque des remorines en coiled-coil dimérique, et la géométrie de leurs domaines conféreraient des profils d'association membranaire distincts. La liaison des lipides par la C-terminale crée une avidité grâce à des interactions électrostatiques multivalentes entre les groupes tête lipidique anioniques et la surface dimérique chargée positivement, suggérant un mécanisme de clip-and-divide pour séparer sélectivement les nanodomaines lipides-protéines.

Remorins are multifunctional proteins regulating immunity, development, and symbiosis in plants. Remorins sequester specific lipids into functional membrane nanodomains when associating with the membrane. The multigenic protein family contains six groups, classified by their protein-domain composition. Membrane targeting of remorins occurs independently from the secretory pathway. Instead, they are directed into different nanodomains depending on their phylogenetic group. All family members contain a C-terminal membrane anchor and a homo-oligomerization domain, flanked by an intrinsically disordered region of variable length at the N-terminal end. We here combined molecular imaging, Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, protein structure calculations, and advanced molecular dynamics simulation to unveil a stable pre-structuration of coiled-coil dimers as tunable nanodomain-targeting units containing a tunable fuzzy coat and a barcode-like positive surface charge before membrane association. These protein characteristics and the differences in structures and dynamics between C-terminal lipid anchors of the remorin groups provide a selective platform for phospholipid binding when encountering the membrane surface. Our data suggest that remorins fold in the cytosol with the N-terminal disordered region as a fuzzy structural ensemble around a dimeric anti-parallel coiled-coil core containing a symmetric interface motif reminiscent of a hydrophobic Leucine zipper. The charge distribution, the intrinsic curvature in dimeric coiled-coil remorins, and their domain geometry would confer distinctive membrane association profiles. The lipid-binding of the C-terminal creates avidity through multivalent electrostatic interactions between anionic lipid headgroups and the positively charged dimer surface, suggesting a clip-and-divide mechanism to segregate lipid-protein nanodomains selectively.