Développement d'un modèle multidisciplinaire de séparation de phase des protéines in vitro et in cellullo

DEVELOPING A MULTIDISCIPLINARY MODEL FOR PROTEIN PHASE SEPARATION BRIDGING IN VITRO AND IN-CELL REGIMES

• Auteur / Autrice : Paramita Chaudhuri
• Direction : Mikayel Aznauryan
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mergny
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PRISM - Protein-RNA Interactions by Structural Methods

Mots clés

Mots clés libres

Séparation de phase liquide-liquide

Condensats biomoléculaires

Interactions biomoléculaires

Dynamique conformationnelle

Liquid-liquid phase separation

Biomolecular condensates

Biomolecular interactions

Conformational dynamics

Résumé

Les condensats biomoléculaires sont des structures dynamiques sans membrane composées de diverses biomolécules, telles que des protéines, des acides nucléiques et d'autres biomolécules qui se forment dans les cellules et sont de plus en plus reconnues comme des régulateurs importants de divers processus cellulaires. Ces condensats sont formés par séparation de phases biomoléculaires, par ex. séparation de phase liquide-liquide (LLPS) des protéines, qui conduit à un regroupement de macromolécules par des interactions faibles et multivalentes. L'une des caractéristiques des condensats dans les cellules est leur potentiel à se former lors de certains stimuli tels que les signaux de stress et leur réversibilité lors de la résolution du stress. En revanche, dans des conditions physiopathologiques, cet équilibre de condensat est souvent perturbé. L'objectif de ce projet de doctorat est d'étudier la séparation de phase et les processus sous-jacents (tels que la dynamique conformationnelle, l'oligomérisation et la diffusion) d'un système protéique particulier via une approche multidisciplinaire. Cela commencera par une caractérisation complète du comportement de séparation de phase et des processus moléculaires dynamiques associés in vitro, suivie d'une enquête sur la dynamique conformationnelle, les interactions et le comportement de phase de cette protéine dans son environnement natif, c'est-à-dire les cellules vivantes. Ces deux approches seraient alors liées par un modèle théorique (issu de la physique des polymères et de la matière molle). Ce programme aboutira à l'obtention d'une vue complète d'une séparation de phase protéique sous plusieurs angles et permettra éventuellement d'évaluer comment de simples expériences in vitro ou des modèles mathématiques peuvent capturer la situation complexe dans les cellules.

Biomolecular condensates are dynamic, membrane-less structures composed of various biomolecules, such as proteins, nucleic acids and other biomolecules that form within cells and are increasingly recognized as important regulators of various cellular processes. These condensates are thought to be formed by biomolecular phase separation, e.g. liquid-liquid phase separation (LLPS) of proteins, that leads to clustering of macromolecules through weak and multivalent interactions. One of the hallmarks of condensates in cells is their potential to form upon certain stimuli such as stress signals and their reversibility upon stress resolution. In contrast under pathophysiological conditions this condensate equilibrium is often disturbed. The aim of this PhD project is to investigate the phase separation and underlying processes (such as conformational dynamics, self-association and translational diffusion) of a particular protein system via a multidisciplinary approach. This will start with comprehensive characterization of the phase separation behavior and related dynamic molecular processes in vitro, followed by probing the conformational dynamics, interactions and phase behavior of this protein in its native environment i.e. living cells. These two approaches would then be linked by a theoretical (derived from polymer and soft-matter physics) models. This program will culminate at obtaining a complete view of a protein phase separation from multiple angles and eventually allow assessing how simple in vitro experiments or mathematical models can capture the complex situation in cells.