Exploration de la reconnaissance de la courbure membranaire par le motif ALPS

Some biological processes such as vesicular transport are regulated by motifs that guide proteins to curved membranes. One of them is the ALPS (Amphipathic Lipid Packing Sensor) motif that recognizes packing defects induced by the convex curvature of the membrane. In this work, we combine molecular dynamics (MD) simulations and circular dichroism (CD) experiments to understand this phenomenon at the molecular level. MD simulations allowed us to characterize and quantify lipid packing defects. We show that packing defects caused by the membrane curvature are similar to those caused by the introduction of conical lipids in a flat bilayer composed of cylindrical lipids. By examining the interaction of the ALPS motif with a membrane containing such defects, we show that the early insertion of this motif on the membrane surface is driven by the inserton of its bulky hydrophobic residues in pre-existing defects. CD experiments and replica exchange MD simulations indicate that defects facilitate the ALPS folding into a partial alpha-helix. Finally, CD experiments allowed us to explore the thermodynamics of ALPS motif insertion as a function of lipid composition. Our work suggests that the peculiar amino-acid composition of the ALPS motif, as well as, its low helicity play a role in the recognition of packing defects, therefore curvature.Certains processus biologiques tels que le transport vésiculaire sont régulés par des motifs qui guident les protéines vers les membranes courbées. L'un d'entre eux est le motif ALPS (Amphipathic Lipid Packing Sensor) qui reconnaît les défauts de packing provoqués par la courbure convexe de la membrane. Dans ce travail, nous combinons des simulations de dynamique moléculaire (DM) et des expériences de dichroïsme circulaire (CD) pour comprendre ce phénomène à l'échelle moléculaire. Les simulations de DM nous ont permis de caractériser et de quantifier les défauts de packing entre les lipides. Nous montrons que les défauts de packing provoqués par la courbure membranaire sont similaires à ceux provoqués par l'introduction de lipides coniques dans une bicouche plate composée de lipides cylindriques. En examinant l'interaction du motif ALPS avec une membrane contenant de tels défauts, nous montrons que l'insertion précoce de ce motif à la membrane est guidée par l'insertion de ses gros résidus hydrophobes dans des défauts pré-existants. Les expériences de CD et les simulations de DM avec échanges de répliques indiquent que les défauts facilitent le repliement du motif ALPS en une hélice alpha partielle. Enfin, les expériences de CD nous ont permis d'explorer la thermodynamique d'insertion du motif ALPS en fonction de la composition lipidique. Notre travail suggère que la composition de séquence particulière du motif ALPS ainsi que son faible taux d'hélicité jouent un rôle dans la reconnaissance des défauts de packing, donc de la courbure