Contrôle de la courbure et de la mécanique des membranes durant l’endocytose par les protéines à domaines BAR

Many biological phenomena are accompanied by the change in shape of the cell membrane. This process is often mediated by curvature-generating proteins, most notably by those containing one of many BAR domains. At the same time, membrane curvature controls the way proteins interact with one another and so it acts as a vital signaling mechanism in the cell. In our work, presented in two theses, we combine theoretical modeling, high-resolution imaging, and quantitative microscopy techniques to study the assembly of BAR proteins on the membrane and its influence on membrane shape and mechanics. Our simulations elucidate the molecular mechanism underlying the self-assembly of BAR proteins on the membrane and the way their collective behavior affects the large-scale membrane reshaping. Experimental biophysical methods demonstrate a novel mechanism of membrane fission mediated by BAR proteins and molecular motors. It also quantifies how the formation of protein scaffolds alters the mechanical behavior of the membrane. These results are essential for understanding a newly discovered pathway of endocytosis, mediated by a BAR protein endophilin. Our combined theoretical and experimental approach gives vital clues on how the mechanical properties of the membrane may regulate protein dynamics in living cells.De nombreux phénomènes biologiques s'accompagnent de déformations de la membrane cellulaire. Ce processus est souvent induit par des protéines,tout particulièrement par des protéines possédant un des différents domaines BAR. Dans le même temps, la courbure membranaire contrôle l’interactionentre protéines, donc elle représente un mécanisme essentiel de signalisation dans la cellule. Dans mon travail, je combine la modélisation théorique,l’imagerie à haute résolution, et la microscopie quantitative pour étudier l'assemblage des protéines à domaine BAR sur les membranes et leur influencesur la forme et la mécanique membranaire. Mes simulations expliquent le mécanisme moléculaire sous-jacent de l'auto-assemblage des protéinesBAR et la façon dont leur comportement collectif affecte le remodelage de la membrane à grande échelle. Grâce à des expériences de biophysique,j'ai pu mettre en évidence un nouveau mécanisme de fission des tubules membranaires induit par des protéines BAR et des moteurs moléculaires. J'aiégalement étudié la formation de structures en "scaffold" par ces protéines et comment elles modifient le comportement mécanique de la membrane. Ces résultats sont essentiels pour comprendre la voie d'endocytose, découverte récemment, qui est contrôlées par une protéine BAR, l'endophiline. Mon travail qui combine théorie et expériences propose des explications sur la manière dont les propriétés mécaniques de la membrane peuvent réguler la dynamique des protéines dans la cellule