Couplage entre la dynamique conformationnelle d'une protéine transmembranaire et les propriétés mécaniques de la membrane qui l'entoure

Cell membranes are composed of a lipid bilayer, crowded with transmembrane proteinsthat mediate nearly all of the membrane functions, such as detoxification and communication.There is a tight interaction between lipids and transmembrane proteins. Membranecan apply mechanical stress and impact transmembrane proteins shape and function. Reciprocally,the inclusion of a transmembrane protein can bend or stretch the membrane. Inparticular, this interplay might play a crucial role for proteins that change conformationto 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 ABCexporters 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 homologywith 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 BmrAand 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: diameter140, 60 and 40 nm. We have found a different protein behavior in 40 nm liposomesas compared to larger ones, indicating an effect of the membrane curvature on BmrAconformations.Les membranes cellulaires sont composées d'une bicouche lipidique, contenant des protéines transmembranaires qui assurent la médiation de la quasi-totalité des fonctions membranaires, telles que la détoxification et la communication.Il existe une interaction étroite entre les lipides et les protéines transmembranaires. La membranepeut exercer une contrainte mécanique et avoir un impact sur la forme et la fonction des protéines transmembranaires. Réciproquement, l'inclusion d'une protéine transmembranaire peut courber ou étirer la membrane. En particulier, cette interaction pourrait jouer un rôle crucial pour les protéines qui changent de conformation afin de permettre le transport des cargos.Nous étudions BmrA, un transporteur ABC bactérien de B.subtillis. Les transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) représentent l'une des plus grandes familles de protéines membranaires. Certains transporteurs ABC exportateurs conduisent à un phénotype de multirésistance aux médicaments, comme la P-glycoprotéine humaine (P-gp) humaine qui transporte les agents anticancéreux hors de la cellule. BmrA partage une grande homologie avec la P-gp et on s'attend à ce qu'elle subisse un changement de conformation important entre les conformations "ouverte" et "fermée".L'objectif est de caractériser l'interaction entre le cycle de conformation de la BmrA et la courbure de la membrane, au niveau de la molécule unique. La BmrA est purifiée dans un détergent, marquée avec des sondes adaptées aux expériences de FRET et incorporée dans de petits liposomes.Les conformations de la BmrA sont étudiées par FRET à l'échelle de la molécule unique en microscopie TIRF : une efficacité de FRET faible (resp. élevée) correspond à une protéine en conformation ouverte (resp. fermée).Trois tailles différentes de liposomes sont utilisées pour faire varier la courbure de la membrane : diamètre140, 60 et 40 nm. Nous avons constaté un comportement différent des protéines dans les liposomes de 40 nm par rapport aux liposomes plus grands, ce qui indique un effet de la courbure de la membrane sur les conformations de BmrA sur la conformation de la protéine