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Bienvenue à l'Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire


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Bruno ANTONNY
Chef d'équipe

L'EQUIPE

Antonny

Barelli-vincent

Bigay

Gautier

Kovacs

Magdeleine

Mesmin

Szmidt

Tiberti

Tsai
PUBLICATIONS
 

 
 Jamecna D. et al. (2019). An Intrinsically Disordered Region in OSBP Acts as an Entropic Barrier to Control Protein Dynamics and Orientation at Membrane Contact Sites. Dev Cell

 Mesmin B. et al. (2019). Lipid exchange and signaling at ER-Golgi contact sites. Curr Opin Cell Biol

 Gautier R. et al. (2018). PackMem: A Versatile Tool to Compute and Visualize Interfacial Packing Defects in Lipid Bilayers. Biophys J

 Manni M.M. et al. (2018). Acyl chain asymmetry and polyunsaturation of brain phospholipids facilitate membrane vesiculation without leakage. Elife

 Mesmin B. et al. (2017). Sterol transfer, PI4P consumption, and control of membrane lipid order by endogenous OSBP. EMBO J

 Magdeleine M. et al. (2016). A filter at the entrance of the Golgi that selects vesicles according to size and bulk lipid composition. Elife

FINANCEMENTS
CONTACTS
Bruno ANTONNY
Chef d'équipe, 04 93 95 77 75

Simon SZMIDT
Gestionnaire, 04 93 95 77 06
 
TECHNIQUES

Biologie cellulaire : 
Culture cellulaire, microscopie par fluorescence sur cellule vivantes, FRAP, microscopie à super résolution (STED).

Biophysique/biochimie : 
Liposomes, vésicules uni-lamellaires géantes(GUV), reconstitution avec des protéines purifiées, fluorescence, diffusion quasi élastique de la lumière (DLS), dicroïsme Circulaire (CD).

Bioinformatique structurale : 
Simulations par dynamique moléculaire en tout-atome ou gros grain
Séquences, repliement et interactions des protéines amphipatiques 

Services communs :
Lipodomic/protéomic platform 

Microscopie électronique :
CCMA

Equipe du Dr Bruno Antonny
Dynamique des membranes et manteaux protéiques

Public
expert

Grand
public

Sujets et principaux résultats

CollaborationsRésumé grand public

Outils Bioinformatiques

Photo de l'équipe

Activités de l'équipe

La membrane des organelles cellulaires est modifiée par différentes protéines. Les manteaux protéiques déforment les membranes pour produire des vésicules de transport. Les golgines, sortes de cordes moléculaires, capturent les vésicules pour limiter leur diffusion. Les transporteurs de lipides ajustent la composition des organelles dans des sites de contact membranaire. Bien que très différents, ces mécanismes sont contrôlés par des petites protéines G, des lipides et par la physicochimie des membranes.
 
Nous étudions ces mécanismes en utilisant des approches moléculaires, cellulaires et in silico. Grâce à des mesures spécifiques basées sur la fluorescence et la diffusion de la lumière, nous suivons des réactions élémentaires telles que le cycle d'assemblage des manteaux protéiques, l'attachement de liposomes par les golgines et le transfert de lipides dans des sites de contact membranaires. Par microscopie optique ou électronique, nous visualisons ces événements dans des cellules et dans des systèmes reconstitués. La dynamique moléculaire nous permet de décrire les interactions entre protéines et membranes lipidiques à une échelle atomique.
 

Sujets et principaux résultats

La courbure membranaire est une information cellulaire
Comprendre les membranes lipidiques par des simulations de dynamique moléculaire
Transfert lipidique dans les sites de contact membranaire
Pourquoi les lipides polyinsaturés sont-ils particuliers ?
Propriétés de liaison des hélices amphipatiques

 
La courbure membranaire est une information cellulaire
En 2003, nous avons montré que le désassemblage du manteau protéique COPI est extrêmement sensible à la courbure de la membrane. Puis, nous avons identifié un senseur de courbure de membrane dans ArfGAP1, un régulateur de COPI. Ce senseur, que nous avons appelé le motif ALPS, est présent dans des protéines de fonctions différentes suggérant que la courbure de la membrane est une information cellulaire. Elle aide à organiser diverses réactions à la surface des organelles. Nous poursuivons ces études en déterminant comment la courbure se combine avec d'autres caractéristiques physico-chimiques des membranes pour contrôler des réactions à la surface d’organelles, par exemple l’attachement des vésicules de transport autour de l'appareil de Golgi.
 

La courbure membranaire permet l’organisation spatiotemporelle de réactions biochimiques
Drin et al. 2007, Nat Struct Mol Biol
Drin et al. 2008, Science
Magdeleine et al. 2016, eLife
Antonny 2011, Annu Rev Biochem

Comprendre les membranes lipidiques par des simulations de dynamique moléculaire
La nature fluide des membranes lipidiques rend leur étude structurale difficile, si bien que de nombreux paramètres utilisés pour les qualifier, comme les défauts d’agencement lipidique, sont mal connus. Pour contourner cette difficulté, nous effectuons des simulations de dynamique moléculaire. Nous modélisons des membranes de courbure et de composition définies pour prédire leurs propriétés. Ces approches nous ont permis d'expliquer l'effet cumulatif de la courbure membranaire et de l'insaturation des lipides sur la liaison d’hélices amphipatiques. Actuellement, nous étudions l’influence de la composition lipidique sur la réponse mécanique des membranes, en particulier l’effet des lipides polyinsaturés (oméga-6 ou oméga-3) sur la déformation et la fission des membranes.

Caractérisation des défauts d’agencement lipidique d’une membrane simulée par dynamique moléculaire
 
OSBP, une protéine de transfert lipidique, est une machine moléculaire fascinante. D’abord, OSBP transporte un lipide cellulaire clé, le cholestérol. Ensuite, OSBP est impliquée dans des contextes pathologiques tels que des infections virales ou des cancers. Troisièmement, par ses différents domaines OSBP assure deux fonctions : transférer le cholestérol ; attacher le réticulum endoplasmique à l’appareil Golgi. En 2013, nous avons réussi à reconstituer cette double activité. Enfin, une propriété remarquable d'OSBP est l’utilisation de l'énergie métabolique. Nous avons montré qu’OSBP et Osh4, son homologue de levure, échangent le cholestérol contre le phosphoinositide PI4P, puis le PI4P est hydrolysé par une phosphatase du réticulum. Ainsi le PI4P agit comme un ATP lipidique, permettant à OSBP de transférer le cholestérol de façon directionnelle. Nous continuons la dissection du cycle d’OSBP, en particulier le couplage avec les PI4-kinases et les nombreuses interactions protéine-protéine et protéine-membrane impliquées. Plus généralement, nous nous intéressons à l'architecture et à la dynamique moléculaires des sites de contact membranaires ainsi qu’à leur rôle dans le transport des lipides dans des contextes physiopathologiques.
 
Reconstitution d’un site de contact membranaire fonctionnel par OSBPVagues du PI4P au Golgi après perturbation du cycle d’OSBP
 
Pourquoi les lipides polyinsaturés sont-ils particuliers ?
Les lignées cellulaires classiques permettent d’étudier des fonctions de base ; par exemple, le trafic vésiculaire ou les sites de contact membranaire. Cependant, les lipides de ces cellules ne reflètent pas la diversité trouvée dans des tissus différenciés. Selon le type de cellule ou d'organelle, les membranes présentent des rapports très différents entre lipides saturés, monoinsaturés et polyinsaturés. En ajustant les profils d’insaturation de membranes cellulaires ou de membranes modèles, nous cherchons à comprendre les propriétés apportées par les phospholipides polyinsaturés. Nous avons montré que les lipides contenant une chaîne DHA, l'acide gras le plus polyinsaturé de la famille des oméga-3, rendent les membranes extrêmement flexibles et donc adaptées à l'endocytose rapide. Cette découverte suggère un lien entre l'abondance de lipides polyinsaturés dans les vésicules synaptiques et l'endocytose ultra-rapide des neurones. Nous imaginons que d'autres propriétés cellulaires ou tissulaires (par exemple, la perméabilité cellulaire, la sensibilité aux toxines bactériennes, la progression des maladies neurodégénératives…) pourraient dépendre du profil d’insaturation de leurs membranes, et notamment du rapport entre les lipides oméga-3 et oméga-6.
 
Les membranes biologiques ont des taux d’insaturation lipidique très différentsPolyunsaturated phospholipids change the membrane order



Des simulations de dynamique moléculaire par la méthode « Martini gros-grains » montrent que les lipides polyunsaturés facilitent la déformation membranaire
Certaines hélices amphipatiques présentent des propriétés de liaison originales en raison de leur composition particulière en acides aminés. Par exemple, le motif ALPS, qui détecte la courbure de la membrane, est caractérisé par l'abondance de petits résidus non chargés sur sa face polaire. Nous étudions comment la composition en acides aminés d’autres hélices amphipatiques détermine leurs propriétés de liaison. Un exemple récent est la périlipine-4, une hélice géante qui se lie directement à des gouttelettes de triglycérides mais pas à des bicouches lipidiques phospholipidiques in vitro.


Modèle moléculaire d’un motif ALPS

Pour aller plus loin :
Bigay et al. 2005, EMBO J
Drin et al. 2007, Nat Struct Mol Biol
Pranke et al. 2011, J Cell Biol
Vanni et al. 2013, Biophys J
Vanni et al. 2014, Nat Commun
Magdeleine et al. 2016, eLife
Copic et al. 2018, Nat Commun
Giménez-Andrés et al. 2018, Biomolecules
 

Collaborations récentes

  • Alenka Copic, Institut Jacques Monod, Paris : gouttelettes lipidiques et protéines amphipatiques
  • Claire Hivroz, Institut Curie, Paris ; synapse immunologique et golgines
  • Emmanuel Lemichez, Institut Pasteur : polyunsaturation des membranes et toxines bactériennes
  • Daniel Levy, Institut Curie, Paris : architecture moléculaire des sites de contact membranaires
  • Franck Perez, Institut Curie, Paris ; trafic membranaire et golgines
  • Fanny Roussi, CNRS, Gif-sur-Yvette :  ciblage d’OSBP par des composés naturels
  • Thierry Virolle, Université de Nice Sophia Antipolis : OSBP et le glioblastome


Résumé grand public

Cholestérol et oméga 3 sont des mots familiers. Ces lipides, sont des éléments constitutifs des membranes cellulaires qui définissent la frontière de la cellule ainsi que ses compartiments intracellulaires. Ces membranes sont constamment modifiées physiquement et chimiquement pour permettre des échanges entre différentes régions de la cellule. Nous étudions les mécanismes moléculaires de ces modifications.

 

Outils Bioinformatiques

Le lien suivant donne accès à HeliQuest, un outil bioinformatique permettant l'analyse d’hélices amphipatiques et de rechercher des séquences présentant des propriétés similaires (composition en acides aminés, moment hydrophobe ...).
Voir également : Gautier et al. 2008 Bioinformatics https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18662927
HeliQuest est développé par Romain Gautier et Guillaume Drin.
Le lien suivant donne accès à PackMem, un outil bioinformatique permettant de déterminer la présence de défauts d’agencement lipidique dans des modèles de membranes biologiques obtenus à partir de simulations de dynamique moléculaire.
Voir également : Gautier et al. 2018 Biophys J https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30055754
PackMem est développé par Romain Gautier.





 

 

 

 

Photo d'équipe

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660 Route des Lucioles
SOPHIA ANTIPOLIS
06560 VALBONNE

tél : 04 93 95 77 77 - fax : 04 93 95 77 08

 

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