Interaction entre la dynamique conformationnelle d’une protéine transmembranaire et les propriétés mécaniques des membranes

Cell membranes are composed of a lipid bilayer, crowded with transmembrane proteins that mediate nearly all of the membrane functions, such as detoxification and communication. There is a tight interaction between lipids and transmembrane proteins. Membrane can apply mechanical stress and impact transmembrane proteins shape and function. Reciprocally, the inclusion of a transmembrane protein can bend or stretch the membrane. In particular, this interplay might play a crucial role for proteins that change conformation to mediate cargoes transport. We study BmrA, a bacterial ABC exporter from B.subtillis. ABC (ATP Binding Cassette) transporters represent one of the largest families of membrane proteins. Some ABC exporters lead to a phenotype of multi-drug resistance, such as human P-glycoprotein (P-gp) which transports anti-cancer agents out the cell. BmrA shares high homology with P-gp and is expected to undergo a large conformational change between “open” and “closed” conformations. The objective is to characterize the interplay between the conformation cycle of BmrA and membrane curvature, at the single molecule level. BmrA is purified in detergent, labelled with dyes suitable for FRET experiments, and incorporated in small liposomes. Conformations of BmrA are probed by single-molecule FRET in TIRF microscopy: a low (resp. high) FRET efficiency corresponds to a protein in open (resp. closed) conformation. Three different liposome sizes are used in order to vary the membrane curvature: diameter 140, 60 and 40nm. We have found a different protein behavior in 40nm liposomes as compared to larger ones, indicating an effect of the membrane curvature on BmrA conformations.Les membranes des cellules sont composées d’une bicouche lipidique et de protéines transmembranaires qui sont responsables de la plupart des fonctions membranaires. Les membranes peuvent exercer une contrainte mécanique capable d’altérer la forme de la protéine et donc sa fonction. Réciproquement, une inclusion dans la membrane peut lui imposer une tension ou une courbure. Cette interaction peut s’avérer cruciale pour des protéines qui subissent un changement de conformation. Nous étudions BmrA, un transporteur ABC bactérien issu de B.subtillis. Les transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) sont une des plus grande familles de protéines membranaires. Le transporteur humain P-glycoprotéine (P-gp) exporte des agents anti-cancéreux à l’extérieur de la cellule et crée ainsi un phénotype de résistance aux médicaments. BmrA est un homologue de P-gp et subit un large changement de conformation entre une forme dite « ouverte » et une « fermée ». L’objectif est d’étudier l’interaction entre le cycle conformationnel de BmrA et la courbure membranaire à l’échelle de la molécule unique. Les différentes conformations sont discriminées grâce à la méthode FRET en microscopie TIRF : une faible (resp. haute) efficacité de FRET correspond à la conformation ouverte (resp. fermée). BmrA est purifiée, marquée avec des sondes fluorescentes compatibles avec la méthode FRET et incorporée dans des petits liposomes. Trois tailles de liposomes sont étudiées pour faire varier la courbure membranaire avec des diamètres de 140, 60 et 40nm. Nous avons observé un comportement différent pour la protéine dans les liposomes de 40nm, indiquant un effet de la courbure membranaire sur les conformations de BmrA