Etude de la structure et de la dynamique des protéines membranaires, par microscopie à force atomique à haute vitesse et par traitement d'images

The Atomic force microscope (AFM) has become a fundamental and efficient technique in studying the structure and dynamics of the membrane proteins. The AFM allows the users to obtain high resolution images (sub-molecular range) at physiological conditions of the native biological molecules. The conventional AFM requires several minutes to obtain a single image. This frame rate is too slow to directly observe the dynamic structural changes like pH induced gating mechanisms etc. and dynamic biochemical process like protein-protein interactions etc. High speed atomic force microscope (HS-AFM) addresses these issues and facilitates faster imaging at a live video rate. During the HS-AFM imaging, some difficulties arise such as uneven contrast of the images, drift due to the piezo in the scanner. Also for better understanding of the motion of the membrane proteins, it is required to localize the molecules and generate motion tracks of these protein molecules. In this thesis, I have developed a JAVA-based HS-AFM image analysis and treatment package, which is integrated in the ImageJ image analysis platform, where it is possible to overcome the imaging difficulties and better analysis of the sample membrane protein molecules. Next, I applied HS-AFM as an imaging tool to study the OmpG channel protein, from the Eschericia coli. The pH induced opening and the closing of the channel are imaged at video rate. Finally, I studied the vesicular photosynthetic membranes from Rhodospirillum photometricum. The resulting high resolution live movies of the biological processes show us how these membrane proteins interact in the native environmentLe microscope à force atomique (AFM) est devenu une technique fondamentale et efficace dans l'étude de la structure et de la dynamique des protéines membranaires. L'AFM permet aux utilisateurs d'obtenir des images haute résolution (sub-moléculaire) dans des conditions physiologiques des molécules biologiques natives. L AFM conventionnel nécessite plusieurs minutes pour obtenir une seule image, cette frame rate est trop lente pour observer directement les changements structurels dynamiques tels que les mécanismes de déclenchement du pH induites etc et dynamique des processus biochimiques tels que les interactions entre protéines, etc. High speed microscope à force atomique aborde ces questions et facilite l'imagerie rapide à une vitesse de vidéo. Au cours de l'imagerie HS-AFM, certaines difficultés surgissent tels que le contraste inégal des images, la dérive due au piezo dans le scanner. Aussi pour mieux comprendre le mouvement des protéines membranaires, il était nécessaire de localiser les molécules et créer des pistes de mouvement de ces molécules de protéines. Dans cette thèse, j'ai développé une analyse d'image basé sur JAVA-HS-AFM et de traitements qui sont intégré dans la plate-forme d'analyse d'image ImageJ, où il est possible de surmonter les difficultés d'imagerie et une meilleure analyse des molécules de l'échantillon des protéines membranaires. Ensuite, j'ai appliqué le HS-AFM comme un outil d'imagerie pour étudier la protéine du canal OmpG, de la Escherichia coli. L'ouverture du pH induite et la fermeture du canal sont imagés à video vidéo. Enfin, j'ai étudié les membranes vésiculaires photosynthétiques de Rhodospirillum photometricum. Les films obtenus à haute résolution en direct des processus biologiques nous montrent comment ces protéines membranaires interagissent dans son environnement natifPARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF