Déterminants moléculaires et prédiction de la liaison des protéines aux membranes de différentes compositions biologiques

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Les membranes cellulaires forment des structures interfaciales fondamentales pour tous les êtres vivants. Ces structures sont composées de molécules complexes, majoritairement des lipides et des protéines. Les lipides sont des molécules amphiphiles se regroupant spontanément en bicouches, formant le cour des membranes cellulaires. Les protéines sont en quantité variable et ont des fonctions spécifiques : cytosquelette, enzymes, transport, récepteurs, etc... Les membranes cellulaires sont composées de plusieurs types de lipides. Ces compositions, souvent asymétriques entre les deux feuillets, varient grandement parmi les organismes vivants, d'une espèce à l'autre, ou même selon le stade de croissance, le genre et les conditions environnementales. Cette diversité dans la composition lipidique des membranes cellulaires permet de moduler ses propriétés physiques, offrant un milieu d'ancrage ayant des propriétés physique précises, et ainsi moduler la liaison et la fonction des protéines. La modélisation moléculaire est une approche unique et essentielle pour l'étude de la structure et de la dynamique des membranes complexes et des interactions protéines-lipides à l'échelle atomique. Les progrès récents dans les champs de forces des lipides, l'automatisation des simulations, la puissance des ordinateurs et la disponibilité de logiciels d'analyse ont grandement facilité la modélisation de membranes de plus en plus représentatives de la composition membranaire des organismes vivants. Toutefois, il existe toujours un frein majeur à la modélisation de la liaison des protéines à des membranes de compositions lipidiques complexes. En effet, les résultats finaux dépendent encore fortement de la topologie membranaire de la protéine utilisée au début de la trajectoire et, à notre connaissance, il n'existe pas d'outil rapide permettant de prédire la topologie membranaire d'une protéine en fonction de la composition lipidique de la membrane. Les objectifs spécifiques de notre programme de recherche pour les cinq prochaines années sont de 1) déterminer la distribution membranaire des acides aminés pour huit compositions membranaires différentes, soit les membranes de bactéries à Gram négatif (membranes intérieure et extérieure) et à Gram positif, fongique et de mammifère (plasmique moyenne et du cerveau), en plus des effets du genre et de l'âge pour la membrane plasmique de mammifère; et de 2) développer une méthode rapide et fiable pour la prédiction de l'orientation et de l'insertion des protéines dans les membranes tenant compte de la composition membranaire. Ce dernier objectif est construit à partir des connaissances acquises au premier objectif. En plus d'offrir un outil essentiel à la modélisation des protéines membranaires, ces travaux permettront d'approfondir la compréhension des interactions qui conduisent à la liaison des peptides et des protéines aux membranes de différentes compositions lipidiques.