Propriétés mécaniques et fonction de CHMP2B dans la voie de remodelage et de scission membranaire par les ESCRT

Le complexe protéique ESCRT-III conduit au remodelage membranaire dans de nombreux contextes cellulaires. Les ESCRTs ont été largement étudiés in vivo et partiellement reconstitués in vitro sur des protéines de levure. Chez l’Homo Sapiens, il existe au moins 12 protéines ESCRT-III appelées Charged Multivesicular Body Protein (CHMP 1-7). Malgré que la fonction principale de ces assemblages de protéines soit d’induire la scission membrane par constriction du cou des membranes, le mécanisme biophysique reste incertain et les propriétés mécaniques des polymères CHMPs faiblement caractérisées. Par ailleurs, la séquence de recrutement à la membrane généralement considérée pour les composantes principales est CHMP4-CHMP3-CHMP2A. Mais, les cellules mammifères incluent aussi CHMP2B, considérée comme isoforme de CHMP2A et, dont le rôle est méconnu. Nous avons utilisé des systèmes biomimétiques de membranes modèles et des protéines CHMPs purifiées pour étudier in vitro leur affinité et leurs effets sur la membrane par différentes techniques. Nous avons établi que seule CHMP2B a une affinité spécifique aux lipides PI(4,5)P2. Nous montrons qu’en présence de CHMP2B, les membranes deviennent rigides en contraste avec les autres CHMPs et suggérant que CHMP2A et CHMP2B ont des propriétés distinctes. En fin, nous montrons en désaccord avec les modèles proposés, que CHMP4 seule ne peut pas déformer les membranes. Elle requiert l’interaction avec CHMP2B ou CHMP2A+3 pour former des assemblages de polymères qui stabilisent des structures tubulaires de la membrane. Ces observations offrent une nouvelle base pour proposer un mécanisme possible pour la constriction membranaire avec l’ATPase Vps4.The ESCRT-III protein complex mediates membrane remodeling in many cellular contexts. The ESCRT pathway has been extensively studied in vivo and partially reconstituted in vitro using yeast proteins. In Homo Sapiens, at least 12 ESCRT-III proteins exist, called Charged Multivesicular Body Protein (CHMP 1-7). Although, the main function of the ESCRT-III protein assemblies is to induce membrane scission by constricting membrane necks, the biophysical mechanism remains unclear and the mechanical properties of the CHMP polymers still poorly characterized. Moreover, the usually accepted sequence of recruitment of the major ESCRT components to the membrane prior to scission is CHMP4-CHMP3-CHMP2A but mammalian cells also have CHMP2B considered to be a CHMP2A isoform; so far, its role remains elusive. We have used biomimetic model systems and purified CHMP proteins to study in vitro protein affinity and effects on membrane by several techniques. We established that CHMP2B binding is enhanced with PI(4,5)P2 lipids, whereas the other human core components have no lipid specificity besides their negative charge. We showed that in the presence of CHMP2B, membranes become rigidified in contrast to CMHP2A as well as CHMP4 and CHMP3, suggesting that CHMP2A and CHMP2B have very distinctive properties. Finally, we show in disagreement with the proposed models, that CHMP4 alone cannot deform membranes. In fact, it requires the interaction with CHMP2B or CHMP2A+3 proteins to do so, forming polymer assemblies that stabilizes tubular membrane structures. These observations provide a novel basis for proposing possible mechanism for membrane constriction in the presence of the ATPase Vps4