Academic literature on the topic 'Protéines transmembranaires'

Résumé Nous explorons dans cette synthèse les forces et les faiblesses de l’écotoxicologie, en nous limitant aux milieux aquatiques. Notre approche consiste à comparer et contraster le comportement des contaminants organiques et inorganiques (métalliques) et à identifier quelques défis pour l’avenir. La prise en charge des contaminants organiques de synthèse se produit le plus souvent par simple diffusion passive au travers d’une membrane cellulaire. Vu la nature lipidique des membranes biologiques, le coefficient de partage octanol-eau (Kow) du contaminant s’avère souvent un bon prédicteur de sa tendance à se bioaccumuler. Par contre, les métaux présents dans le milieu aquatique se trouvent surtout sous des formes hydrophiles et hydratées qui ne peuvent traverser les membranes biologiques par simple diffusion. Leur prise en charge fait alors appel à un transport facilité qui implique des transporteurs protéiques ou canaux transmembranaires. Le coefficient de partage octanol-eau de ces espèces métalliques se révèle inutile comme prédicteur de leur bioaccumulation. Les approches et les modèles prédictifs diffèrent donc grandement entre contaminants métalliques et organiques. Pour les métaux, deux types de modèles sont couramment employés : des modèles d’équilibre (ex. : le « Modèle du Ligand Biotique » ou BLM) et des modèles cinétiques d’accumulation et d’élimination. Dans les deux cas, les paramètres biologiques des modèles sont considérés comme des « constantes » qui ne sont affectées, ni par la qualité de l’eau ambiante (ex. : pH, dureté), ni par une pré-exposition au métal. Or, il y a maintenant dans la littérature scientifique de plus en plus d’indices que les propriétés clés de la surface épithéliale des organismes aquatiques, qui contrôlent l’accumulation et la toxicité des métaux, ne sont pas constantes, ce qui compromet l’application des modèles dans des cas réels d’exposition chronique sur le terrain. Contrairement aux métaux, l’essentiel du comportement environnemental des composés organiques de synthèse est lié à leur capacité de résister à divers mécanismes de dégradation et à leur biodisponibilité pour les organismes aquatiques. Le modèle de la « fugacité » permet de prédire la distribution de composés organiques entre divers compartiments pour un système considéré à l’équilibre mais de nombreuses contraintes chimiques et biologiques interfèrent avec l’utilisation de ce type de modèle. Les cas des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des organométaux sont utilisés pour illustrer ces contraintes. Parmi les tout nouveaux défis de l’écotoxicologie, nous abordons brièvement le développement de la génomique fonctionnelle et de l’approche écosystémique ainsi que la toute nouvelle problématique environnementale posée par les nanoparticules industrielles. L’avenir de l’écotoxicologie aquatique passe nécessairement par : (1) l’obtention de données de terrain et de laboratoire d’excellente qualité; (2) une compréhension approfondie des mécanismes de toxicité aux niveaux moléculaire et cellulaire; (3) le développement de modèles théoriques et empiriques qui intègrent mieux la réalité physiologique et écologique; (4) le développement d’indicateurs écosystémiques capables de fournir une image globale de la qualité d’un environnement aquatique, quelle que soit sa complexité inhérente.

Contexte. Les protéines transmembranaires ont une importance considérable tant au niveau de la survie d'une cellule qu'au niveau de ces interactions avec les autres cellules. En raison de contraintes techniques, la cristallisation de ce type de protéine demeure très complexe, ce qui limite grandement l’exploration de leur structure. Pour contourner ces difficultés, différents outils de prédiction ont été développés,en se fondant originellement sur l'hydrophobicité des régions enfouies dans la membrane. Méthode. L'outil développé repose sur une dérivation de la moyenne d'hydrophobicité calculée sur deux ensembles de taille de fenêtres. Le premier ensemble (G1) contient des petites tailles de fenêtres ce qui correspond à des événements locaux, tandis que le second (G2) correspond à des tailles de fenêtres plus larges, adaptées à la taille des hélices formant certaines protéines transmembranaires. La variation d'hydrophobicité est obtenue en dérivant les moyennes d'hydrophobicité. Un consensus est établi pour chaque groupe, et les résultats sont comparés à un ensemble de protéines transmembranaires cristallisées. Résultats. Les variations d'hydrophobicité G2 sont liées aux extrémités des hélices transmembranaires,tandis que les variations G1 sont en relation avec la limites des structures et certaines irrégularités structurelles.Ces résultats nous ont amené à introduire une nouvelle notion : les unités transmembranaires(TMU). Les TMU consistent en un ensemble de sous-structures qui composent les structures transmembranaires
Background. Few high-resolution structures of integral membranes proteins are available, as crystallization of such proteins needs yet to overcome too many technical limitations. Nevertheless, prediction oftheir transmembrane (TM) structure by bioinformatics tools provides interesting insights on the topology of these proteins.Method. We describe here how to extract new information from the analysis of hydrophobicity variations or hydrophobic pulses (HPulses) in the sequence of integral membrane proteins using the Hydrophobic Pulse Predictor, a new tool we developed for this purpose. To analyze the primary sequence of 70 integralmembrane proteins we defined two levels of analysis : G1-HPulses for sliding windows of n=2 to 6 andG2-HPulses for sliding windows of n=12 to 16.Results. The G2-HPulse analysis of 541 transmembrane helices allowed the definition of the new conceptof transmembrane unit (TMU) that groups together transmembrane helices and segments with potentialadjacent structures. In addition, the G1-HPulse analysis identified helix irregularities that correspondedto kinks, partial helices or unannotated structural events. These irregularities could represent key dynamicelements that are alternatively activated depending on the channel status as illustrated by the crystalstructures of the lactose permease in different conformations. Our results open a new way in the understanding of transmembrane secondary structures : hydrophobicity through hydrophobic pulses stronglyimpacts on such embedded structures and is not confined to define the transmembrane status of aminoacids

Les protéines transmembranaires canaux-β (TMBs) se trouvent dans les membranes externes des bactéries à Gram négatif, des mitochondries ainsi que des chloroplastes. Elles traversent entièrement la membrane cellulaire et exercent différentes fonctions importantes. Vu qu'il y a un petit nombre des structures des TMBs déterminées, en raison des difficultés avec les méthodes expérimentales, il est douteux que ces approches puis- sent bien trouver et prédire les TMBs qui ne sont pas homologues avec celles connues. Nous construisons un modèle de graphe pour la classification et la prédiction de structures super-secondaires permutées des TMBs à partir de leur séquence d'acides aminés, en se basant sur la minimisation d'énergie. Le modèle ne dépend essentiellement pas de l'apprentissage. Les algorithmes sont rapides, robustes avec des performances com- parables à celles des meilleures méthodes actuelles qui utilisent l'apprentissage. Cette méthode peut être donc utile pour le screening des génomes. Outre la performance de prédiction et de classification, cette étude donne une vue plus profonde de la structure des TMBs en tenant compte des contraintes physicochimiques des membranes biologiques. Les structures permutées prédites peuvent aussi aider à mieux comprendre le mécanisme du repliement des TMBs.

La colicine a est une toxine produite par des enterobacteries et active sur des souches apparentees. Son mode d'action peut etre divise en trois etapes: la reception a la surface de la bacterie-cible, la translocation a travers l'enveloppe de cette bacterie, et la formation, dans la membrane cytoplasmique, d'un pore ionique dependant du potentiel electrique. Chacune de ces etapes est assuree par un domaine structural distinct dans la molecule de colicine, et c'est le domaine c-terminal qui porte l'activite letale ; c'est egalement ce domaine qui est reconnu et inactive dans la membrane interne par la proteine d'immunite, qui est le second partenaire en jeu dans ces recherches. Cette these presente l'etude de la facon dont la colicine a s'insere dans la membrane cytoplasmique des bacteries-cibles, soit pour les tuer, soit pour y etre en quelque sorte capturee par la proteine d'immunite. Apres la presentation de l'etendue actuelle des connaissances liees au couple colicine/immunite, ainsi que sur les aspects ayant trait a l'interaction d'une proteine avec une structure membranaire: exportation, machinerie de translocation, assemblage, stabilite, en insistant particulierement sur l'aspect fonctionnel plus que structural, la seconde partie sera reservee a l'analyse des resultats obtenus, dans le cadre de l'activite letale de la colicine a et de celle, protectrice, de la proteine d'immunite ; ces resultats sont classes dans l'ordre suivant: premierement, les relations structure-fonction des proteines d'immunite ; deuxiemement, le mode d'insertion membranaire du domaine c-terminal de la colicine a in vivo ; et troisiemement, l'interaction directe entre colicine et proteine d'immunite

Dans la cellule « au repos », les phospholipides constitutifs de la membrane plasmique sont répartis de manière asymétrique entre les deux feuillets. La phosphatidylsérine (PhtdSer) est majoritairement séquestrée dans le feuillet cytoplasmique. Lors d'un remaniement membranaire, consécutif au déclenchement d'un processus apoptotique, à des stimulations procoagulantes ou pro-inflammatoires, la PhtdSer est exposée à la surface de la cellule. Une surcharge transitoire du feuillet externe peut alors conduire à l'émission de microparticules (MPs) exposant la PhtdSer à leur surface et porteuses d'antigènes de la cellule dont elles sont issues. Ces MPs sont ainsi capables de catalyser les réactions de la coagulation du sang et de véhiculer des messages biologiques. La première partie de 1'exposé des travaux est constituée de deux études qui ont mis en évidence un potentiel anti-apoptotique de l'annexine V, protéine de 37 kDa présentant une très forte affinité pour la PhtdSer. Ce travail a été réalisé sur la lignée humaine lymphocytaire T CEM. Dans la première étude nous avons évalué la possibilité de moduler le déroulement d'un programme de mort en imposant une contrainte externe sur la membrane plasmique de la cellule contrecarrant la vésiculation. L'annexine V a été choisie comme modulateur potentiel de l'apoptose en raison de sa capacité à former un réseau bidimensionnel constituant une sorte d'exosquelette s'ancrant sur les surfaces phospholipidiques et limitant le bourgeonnement membranaire. Cette protéine, de forte affinité pour les phospholipides anioniques, est en effet connue pour sa capacité à bloquer la libération de MPs plaquettaires sans empêcher l'exposition de PhtdSer. Cette étude a permis de mettre en évidence la capacité de l'annexine V à retarder la mort programmée par apoptose in vitro et in vivo dans un modèle murin. La capacité de l'annexine V à former un canal calcique et le résultat de ce premier travail nous ont conduit à examiner, dans la deuxième étude, les modifications du calcium cytosolique au cours de l'apoptose des cellules T CEM. En effet, le calcium est décrit comme l'un des médiateurs universels de l'apoptose et constitue un messager secondaire majeur. Les variations des flux calciques associées à l'apoptose et à son inhibition par l'annexine V nous ont amené à considérer l'effet d'autres annexines. L'annexine V interfère dans le processus apoptotique par sa capacité à former un exosquelette mais aussi en intervenant dans la signalisation intracellulaire puisqu'elle entraîne une augmentation de calcium cytosolique supplémentaire à celle observée au cours de l'apoptose induite. L'annexine I possède elle aussi un potentiel anti-apoptotique mais celui-ci n'est pas associé à une variation du calcium cytosolique. La deuxième partie des travaux présente une étude réalisée, exclusivement in vivo, dont le but était de déterminer l'association entre la vésiculation membranaire et les pathologies inflammatoires de l'intestin et d'en rechercher sa signification physiopathologique à l'aide d'un système de capture sur annexine V insolubilisée. Des taux élevés de MPs circulantes ont été détectés chez les patients atteints de maladie de Crohn comparés à ceux d'une population contrôle et d’individus atteints de recto-colite hémorragique. Ces MPs circulantes sont principalement d'origine plaquettaire et endothéliale. Ces résultats démontrent qu'en dépit du caractère localisé de l'affection, il peut y avoir des taux élevés de MPs dans la circulation systémique qui permettraient justement de discriminer ces deux maladies inflammatoires de l'intestin. L'exposition de PhtdSer et la vésiculation membranaire sont impliqués dans un grand nombre de processus physiopathologiques. L'étude des mécanismes impliqués dans la libération de MPs par les cellules stimulées ou apoptotiques et de leur rôle potentiel dans la communication intercellulaire est d'un intérêt certain. Dans cette approche, les annexines, et l'annexine V en particulier, semblent constituer des outils exceptionnels. Quant aux MPs, elles s'avèrent être des marqueurs biologiques des altérations cellulaires, pertinents à la fois pour le diagnostic de certaines affections et pour l'évaluation de la réponse à des traitements visant soit à induire la mort cellulaire soit à la prévenir.

Bien que les [bêta]-arrestines soient connues comme étant des régulateurs négatifs de la signalisation engendrée par les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), de nouvelles données indiquent qu'elles pourraient posséder des fonctions additionnelles en tant que protéines accessoires à large spectre régulant le trafic intracellulaire et la signalisation. Il a récemment été proposé qu'un complexe de signalisation associé aux récepteurs à sept domaines transmembranaires, soit formé avant d'atteindre la membrane plasmique, permettant ainsi la signalisation à d'autres localisations mais établissant également un autre mode de régulation du transport de ces récepteurs. Nos travaux mettent en évidence la formation d'un complexe multimoléculaire associé au récepteur du thromboxane A2 (TP[bêta]) comprenant les protéines ARF6 et ARNO. Nos résultats montrent également que le rôle important de ARF6 dans l'endocytose du TP[bêta] est dépendant de l'activation de la protéine G[alpha]q et implique une interaction directe entre les protéines G[alpha]q et ARNO. Dans le but de mieux comprendre le mécanisme par lequel ARF6 régule la signalisation et l'endocytose du TP[bêta], nous avons identifié de nouveaux partenaires pouvant chaperonner ce complexe. En plus de l'interaction entre les protéines G[alpha]q et ARNO, nous rapportons que G[alpha]q s'associe avec toutes les GEFs de ARF6, par l'intermédiaire d'une région commune de ces GEFs qui est le domaine"coiled-coil". De plus, nos travaux montrent que la [bêta]-arrestine lie G[alpha]q et G[alpha]s, suggérant que cette interaction pourrait réguler diverses fonctions des RCPGs. Nos travaux ont permis d'élaborer un mutant des [bêta]-arrestines par lequel cette interaction est interrompue de façon spécifique, ce qui a permis d'étudier son comportement vis-à-vis certains récepteurs. En premier lieu, nous avons mis en évidence que cette interaction régule le transport antérograde de récepteurs couplés à G[alpha]q et G[alpha]s mais non de ceux couplés à G[alpha]i, démontrant ainsi une sélectivité de reconnaissance. En second lieu, le mutant d'arrestines module de façon négatif la durée de l'activation des protéines Erk1/2. Cet effet semble être causée par la diminution de la force du signal engendrée par la perte d'expression de surface du récepteur causé par le mutant d'arrestine. Cependant, nos travaux ne nous permettent pas d'écarter la possibilité que le mutant perturbe directement la séquestration des Erk1/2 dans le cytoplasme, les exposant ainsi à l'inactivation par les MAPK phosphatases. Nous proposons, dans cette thèse, un nouveau mode de régulation du trafic et de la signalisation des récepteurs à sept domaines transmembranaires.

La perte de l'asymetrie phospholipidique dans la membrane plasmique est un des evenements majeurs de la reponse plaquettaire lors d'une activation. L'utilisation d'analogues paramagnetiques et fluorescents des phospholipides endogenes a permis l'etude des mouvements transmembranaires des phospholipides au cours de l'activation. Durant l'activation plaquettaire, l'inhibition de la translocase est correlee avec l'augmentation de la concentration calcique intracellulaire. Le changement de forme (formation de filopodes) est un phenomene dependant de la reorganisation du cytosquelette (polymerisation de l'actine et de la tubuline). La liberation de vesicules procoagulantes apparait comme un evenement consecutif au flux net des phospholipides du feuillet interne vers le feuillet externe et a la proteolyse du cytosquelette sous membranaire par la calpaine. L'absence de relation de cause a effet entre les evenements de l'activation (vesiculation, reorganisation et proteolyse du cytosquelette, formation de filopodes, inhibition de la translocase) et le deplacement massif et rapide des aminophospholipides (phosphatidylserine et phosphatidylethanolamine) du feuillet interne vers le feuillet externe, ainsi que la specificite de ce deplacement, permettent de proposer l'existence d'une activite catalytique membranaire du type aminophospholipide floppase activee par l'augmentation de la concentration intracellulaire en calcium lors de l'activation

La protéine de translocation (TSPO) est une protéine membranaire (18kDa) principalement impliquée dans la translocation du cholestérol dans les mitochondries, étape limitante dans la biosynthèse de stéroïdes. L’objectif général de mon projet de thèse est d’établir les propriétés structure – fonction de TSPO. D’une part, l’étude structurale de TSPO a été réalisée dans différents environnements mimétiques membranaires en présence d’un ligand exogène très affin, PK11195 et a permis de mettre en évidence des conditions de solubilisation permettant l’acquisition de données RMN hétéro-nucléaires et multidimensionnelles, essentielles à la détermination de la structure de cette protéine membranaire. D’autre part, des domaines hélice – boucle – hélice de TSPO ont été étudiés afin d’obtenir des informations structurales et fonctionnelles sur la protéine à l’échelle de ces domaines. Un modèle 3D du domaine TM45, comportant le site d’interaction avec le cholestérol est proposé et discuté

La repartition transverse asymetrique des phospholipides (pls) dans la membrane plasmique est modifiee lors de l'activation plaquettaire. L'apparition de phosphatidylserine sur la face externe engendre le caractere procoagulant de la surface plaquettaire. Cette perte d'asymetrie est accompagnee de la formation de vesicules et de la proteolyse du cytosquelette. L'utilisation d'analogues paramagnetiques de pls a permis l'etude de l'activite de l'aminopl translocase, ainsi que les deplacements transmembranaires des pls au cours de l'activation plaquettaire. Les resultats indiquent: i) l'inhibition ca2+-dependante de l'activite aminopl translocase, ii) un flux massif (50%) et rapide (1 min) des aminopls de la face interne vers la face externe, correle a l'activite procoagulante, iii) l'absence de flux plique reciproque, de l'exterieur vers l'interieur, iv) l'independance de ces phenomenes vis-a-vis de la formation des vesicules. De plus, nous montrons que les vesicules sont sans doute issues de la fragmentation des filopodes. Nous proposons un modele qui rassemble differents evenements de l'activation, dans lequel la perte d'asymetrie, couplee a la proteolyse du cytosquelette, induit la formation de vesicules. Ces travaux sont, a notre connaissance, la premiere etude quantitative et cinetique des deplacements pliques au cours de l'activation plaquettaire