Littérature scientifique sur le sujet « Contacts membranaires »

Dans le cadre du module d’enseignement « Physiopathologie de la signalisation » proposé par l’université Paris-Saclay, les étudiants du Master « Biologie Santé » se sont confrontés à l’écriture scientifique. Ils ont sélectionné des articles scientifiques dans le domaine de la signalisation cellulaire présentant des résultats originaux, via des approches expérimentales variées, sur des thèmes allant de l’exploration des sites de contacts membranaires aux mécanismes moléculaires de la ferroptose, en passant par la signalisation hépatique et tumorale. Après un travail préparatoire réalisé avec l’équipe pédagogique, les étudiants, organisés en binômes/trinômes, ont ensuite rédigé, guidés par des chercheurs, une Nouvelle soulignant les résultats majeurs et l’originalité de l’article étudié. Ils ont beaucoup apprécié cette initiation à l’écriture d’articles scientifiques et, comme vous pourrez le lire, se sont investis dans ce travail avec enthousiasme !

Dans le cadre de la réhabilitation de l’usine de potabilisation de Saint-Sulpice (Lausanne, Suisse), le service de l’eau de la ville de Lausanne a conduit des essais pilotes afin de choisir la filière de traitement la plus adaptée. L’usine actuelle de 1971 est une filière de traitement simple consistant en une filtration sur sable suivie d’une chloration. Malgré la production d’une eau potable de qualité satisfaisante, la filière actuelle n’est pas capable de faire face aux nouveaux défis du domaine du traitement de l’eau (micropolluants). Les essais pilotes, réalisés entre 2014 et 2017, ont porté sur des technologies améliorant l’abattement des micro-organismes, des matières en suspension (MES) et des micropolluants. Il existe trois méthodes pour abattre les micropolluants : l’adsorption sur charbon actif (CA), la filtration membranaire fine (nanofiltration ou osmose inverse) ou l’oxydation. Trois mises en œuvre de charbon ont été testées : filtration sur CA en grain (CAG), suspension de CA micrograins (CAµG) ou mise en contact de CA poudre (CAP) (sur l’usine de Lutry). Un pilote de nanofiltration a également été testé, ainsi qu’un procédé d’oxydation avancée (AOP), avec de l’ozone et du peroxyde d’hydrogène, suivi d’un filtre CAG. Chaque procédé présente des spécificités qui lui permettent de mieux abattre certaines molécules par rapport à d’autres. L’étude s’est particulièrement focalisée sur l’abattement des trois principaux micropolluants retrouvés en permanence en concentrations les plus élevées dans l’eau du lac Léman : metformine (450 ng/L), 1H-benzotriazole (80 ng/L) et gabapentine (30 ng/L). Hormis une élimination faible du 1H-benzotriazole (35 % environ), la filtration membranaire par nanofiltration ou par osmose inverse basse pression permet des abattements supérieurs à 80 % pour la majorité des micropolluants. L’AOP, couplée avec une filtration sur CAG, permet d’atteindre de bons rendements d’élimination des micropolluants (70 %). L’ozonation des micropolluants engendre des sous-produits, aujourd’hui difficilement identifiables et quantifiables. Globalement, le charbon actif permet un abattement moyen des micropolluants de 20 à 40 % selon sa mise en œuvre. La future filière sera composée autour d’une unité d’ultrafiltration (MES et micro-organismes). Le traitement des micropolluants sera, lui, assuré soit par une étape d’adsorption sur charbon actif, soit par une étape de nanofiltration ou une combinaison des deux. Le traitement par charbon actif pourrait éventuellement être amélioré par le couplage avec un procédé AOP.

La présence de N-nitrosomorpholine (N-MOR) et de son précurseur, la morpholine (MOR), a été détectée en 2012 dans le forage d’Yport, l’une des principales ressources d’eau brute du Havre Seine Métropole. La valeur en N-MOR a ponctuellement dépassé le seuil de 100 ng/L recommandé pour l’eau distribuée par la direction générale de la santé. Dans ce contexte, la collectivité a sollicité une étude visant définir la filière de traitement cible adaptée à l’élimination de ces micropolluants émergents. Le souhait de la collectivité étant de privilégier des solutions de traitement retirant les micropolluants plutôt que celles les transformant, l’étude a évalué les performances des procédés d’adsorption sur charbon actif et d’osmose inverse basse pression (OIBP), séparément et en couplage. Deux types de charbon et trois types de membranes ont été testés. Les essais pilotes menés sur site ont montré que la mise en œuvre de charbon actif en poudre (CAP) au sein d’un réacteur spécifique permet une élimination acceptable de la N-MOR (60 % max) à condition de mettre en œuvre un taux de traitement élevé (› 25 g/m3) et un temps de contact limité (10 h max.) pour éviter les phénomènes de désorption. L’élimination de la MOR par le CAP est quant à elle très limitée (10 % max). Les essais pilotes sur membranes d’OIBP (seuil de coupure ‹ 200 Da) ont mis en avant une élimination élevée (environ 90 %) de la N-MOR et plus limitée de la MOR de 15 à 85 % selon les membranes testées. Transposer les résultats obtenus de l’échelle pilote à l’échelle industrielle est possible pour la filtration membranaire, mais plus difficile pour le réacteur CAP, du fait qu’il n’existe pas à ce jour de technologies adaptées aux conditions optimales définies (taux élevé, âge des boues de CAP faible).

Lors de la migration cellulaire nécessite, les contacts focaux, points d'ancrage des cellules à la matrice extracellulaire, constituent des sites particulièrement remaniés. La paxilline en est un des composants protéiques essentiels. Ce travail de thèse a porté sur l’étude de la dégradation de la paxilline pendant la migration cellulaire et de la régulation de ce phénomène par phosphorylation. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux sérines 188/190, les deux résidus principalement phosphorylés en réponse à l’adhésion cellulaire mais dont la fonction restait à découvrir. Nous avons pu montrer que la paxilline est dégradée par la voie protéasomale et que, lorsque les cellules migrent, la dégradation de la paxilline est retardée. De plus, ce retard de dégradation requiert la phosphorylation des sérines 188/190. Nous avons également pu montrer que la phosphorylation des sérines 188/190 régule l’étalement, la migration cellulaire, et la dynamique des protrusions membranaires.

Chez la levure S. cerevisiae, le complexe ERMES (ER Mitochondria Encounter Complex) est impliqué dans l'établissement de contacts entre le RE et la mitochondrie. Il est composé de plusieurs protéines membranaires dont Mmm1 dans le RE, Mdm34 et Mdm10 à la membrane externe mitochondriale et d'une protéine soluble Mdm12, qui permet de relier les deux structures. Notre laboratoire a montré que deux composants du complexe ERMES, Mdm34 et Mdm12, étaient ubiquitinés par la ligase d'ubiquitine Rsp5, en particulier, après induction de la mitophagie. Il a également montré que cette ubiquitination était nécessaire pour une mitophagie efficace et qu'un défaut d'ubiquitination du complexe ERMES entraînait une diminution de cette mitophagie. Au cours de ma thèse, j'ai essayé de comprendre comment l'ubiquitination du complexe ERMES pouvait affecter/réguler la mitophagie. De manière générale, nos résultats apportent de nouvelles données concernant les mécanismes moléculaires impliquant ERMES au cours de la mitophagie
N the yeast S. cerevisiae, the ERMES complex (ER Mitochondria Encounter Complex) is involved in the establishment of contacts between the ER and the mitochondria. It is composed of several membrane proteins including Mmm1 in the ER, Mdm34 and Mdm10 on the outer mitochondrial membrane and a soluble protein Mdm12, which connects the two structures. Our laboratory has shown that two components of the ERMES complex, Mdm34 and Mdm12, are ubiquitinated by the ubiquitin ligase Rsp5, in particular, after mitophagy induction. They also showed that this ubiquitination is necessary for efficient mitophagy and that a defect of ubiquitination of the ERMES complex reduces mitophagy. During my thesis, I tried to understand how the ubiquitination of the ERMES complex could affect/regulate mitophagy. Overall, our results provide new insights into the molecular mechanism of ERMES action during mitophagy

La multicellularité chez les plantes repose sur une communication intercellulaire qui permette le transfert d'informations à travers l'entièreté de l'organisme. Chez les plantes terrestres, la route principale de ces “conversations cellulaires” est assurée par les plasmodesmes (PD), des canaux nanoscopiques qui traversent la paroi pecto-cellulosique. En effet, ces pores sont impliqués dans la circulation d'une très grande variété de molécules, comme des facteurs de transcription, de l'ARN, des hormones et des métabolites et ceci à tous les stades de la vie végétale, permettant réponses et adaptations à l'environnement. Les PD sont particuliers dans le sens où ils forment une continuité du réticulum endoplasmic (RE), de la membrane plasmique (MP) et du cytoplasme entre les cellules adjacentes. Leur architecture est singulière et consiste en un filament de RE, appelé desmotubule, entouré d'un tube de MP qui, lui, longe la paroi. Les PD sont actuellement décrits comme des sites de contact membranaire, du fait du fort accolement des membranes du RE et de la MP (2 à 10 nm) et de la présence de protéines de jonction qui connectent les deux organelles. Dans la présente étude, nous décrivons au niveau structural et fonctionnel plusieurs membres de la famille des MCTPs (protéine avec de multiples domaines C2 et une région transmembranaire) comme protéines assurant la jonction du RE et de la MP dans les PD. Nous démontrons que ces protéines possèdent les caractéristiques moléculaires nécessaires à l'interaction transitoire avec les lipides anioniques de la MP, via leurs domaines C2, ainsi qu'à l'induction de courbure membranaire au RE, via la région transmembranaire qui agit comme un domaine homologue aux protéines réticulons. Ces données nous ont permis de corréler la fonction des MCTPs à l'architecture et la biogenèse des PD et de réfléchir au rôle du RE à l'intérieur des PD. En conclusion, ce travail a fourni des résultats originaux qui placent les MCTPs comme des protéines centrales dans l'établissement de la structure fine des PD et des fonctions qui y sont associées
Plant multicellularity relies on intercellular communication in order to transmit information from cell to cell and throughout the entire plant body. In land plants, the major line for such cellular conversations is through plasmodesmata (PD) pores, which are nanoscopic membranous tunnels spanning the pecto-cellulosic cell wall. These pores are indeed involved in the transfer of a wide variety of molecules such as transcription factors, RNAs, hormones and metabolites during all stages of plant life, adaptation and responses to their environment. PD are singular amongst other types of intercellular junctions as they provide a direct continuity of the endoplasmic reticulum (ER), the plasma membrane (PM) and the cytosol between neighboring cells. Their architectural organization can be summarized as followed: a thin strand of constricted ER, called desmotubule, is encased in a tube of PM lining the cell wall. PD are seen as a specialized ER-PM membrane contact sites from the very close apposition (2 to 10 nm) of the ER and PM membranes and the presence of tethering elements bridging the two organelles. In this study, we describe the structural organization and function of several members of the MCTP (Multiple C2 domains and Transmembrane region Protein) family which act as ER-PM tethering elements at PD. We show that these proteins possess molecular features capable of transient interaction with anionic lipids of the PM, through their C2 domains, as well as ER membrane shaping, through their transmembrane region which presents homology to a reticulon domain. We further correlate MCTP function with PD architecture and biogenesis, and investigate on the role of the ER inside PD. Altogether, this work provides original data placing MCTPs as core PD proteins that appear to be crucial in the establishment of PD ultrastructure and associated functions

Dans cette thèse ont été développés des modèles mathématiques pour les procédés de distillation membranaire à contact direct (DCMD) et avec balayage gazeux (SGMD) ainsi qu’un modèle sur l’hydrodynamique des bioréacteurs membranaires anaérobiques (AnMBRs) équipés d’un système de vibration membranaire induite (MMV). Les modèles pour la DCMD et la SGMD permettent de simuler le comportement des modules plats ou à fibres creuses sous différentes conditions opératoires, sans avoir recours aux données expérimentales ou à des équations empiriques pour les transferts de masse et de chaleur. Les modèles ont été validés avec des résultats expérimentaux et de la littérature et ont permis de déterminer l'influence de différents paramètres opérationnels et de la géométrie des modules sur les performances des procédés. Le modèle développé pour les AnMBRs équipés du système MMV permet d’étudier l’effet de la vibration membranaire sur l’hydrodynamique du réservoir. L’analyse paramétrique a permis d’étudier l’effet de la fréquence et de l’amplitude des vibrations sur la vitesse du fluide et la fraction volumique des solides dans le réservoir. Dans ce travail il a été démontré que les modèles proposés pourront être potentiellement appliqués à des études expérimentales préliminaires, l’optimisation des conditions opératoires, la conception des modules membranaires ainsi que pour l’estimation des coûts des procédés
In this work have been developed general predictive models for direct contact membrane distillation (DCMD) and sweeping gas membrane distillation (SGMD) as well as a hydrodynamic model for anaerobic membrane bioreactors (AnMBRs) equipped with the induced membrane vibration (MMV) system. The DCMD and SGMD models allow simulating hollow fibre and flat sheet configurations under wide range of process conditions without empirical mass and heat transfer coefficients or laboratory experiments. The models have been validated with experimental and literature data. Indeed, the influence of operating conditions and membrane geometric characteristics on the process performance has been investigated. The model for AnMBRs with MMV studies the effect of the membrane vibration on the hydrodynamics of the AnMBR tank. The parametric study allows knowing, the effects of the vibration frequency and amplitude on the fluid velocity and volume fraction of solids. The conducted studies prove that all the proposed models would be potentially applied for the pre-experimental study, optimization of process conditions, design of membrane modules as well as for the further cost estimation of the processes

Les sites de contact membranaire (SCM) sont des régions subcellulaires où deux organites sont physiquement connectés. Ces micro-domaines, moléculairement définis par des interactions protéine-protéine et/ou protéine-membrane, sont impliqués dans la dynamique des organites et la communication inter-organites. Le champ disciplinaire des SCM s’enrichit constamment grâce à la découverte de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans l'attachement des organites entre eux. Dans ce contexte de recherche, nous avons identifié un nouvel acteur impliqué dans la formation de SCM, appelé MOSPD2 (motile sperm domain-containing protein 2). Cette protéine est ancrée dans la membrane du réticulum endoplasmique (RE) ; elle peut interagir grâce à son domaine MSP avec d’autres protéines (associées à d’autres organites cellulaires) dont la caractéristique commune est de posséder un court motif protéique nommé FFAT. Par ces interactions, MOSPD2 permet l’établissement de SCM entre le RE et les endosomes, les mitochondries et l’appareil de Golgi. Ces résultats montrent une nouvelle façon de piéger des organites dans le grand filet cytoplasmique qu’est le RE
Membrane contact sites (MCS) are specific subcellular regions where two organelles are physically connected. Such micro-domains - molecularly defined by protein-protein and/or protein membrane interactions - are involved in organelle dynamic and inter-organelle communication. The field of MCS is constantly expanding thanks to the discovery of new molecular actors involved in organelle tethering. In this context of research, we identified MOSPD2 (motile sperm domain-containing protein 2) as a new factor involved in the formation of MCS. The MOSPD2 protein is anchored to the membrane of the endoplasmic reticulum (ER); it is able to interact thanks to its MSP domain with other organelle-associated proteins which common feature is to have a short protein motif called FFAT. By binding with its protein partners, MOSPD2 establishes MCS between the ER and endosomes, mitochondria and the Golgi apparatus. These results show how a large net covering the entire cytoplasm made by the ER can trap a large variety of cellular organelles

La croissance des neurites au cours du développement neuronal nécessite une expansion de la membrane plasmique (MP) via l’insertion de nouveaux lipides et protéines. Cet événement se produit à la suite de la fusion des vésicules de sécrétion avec la MP. Cependant, plusieurs études ont montré que le transfert non-vésiculaire de lipides au niveau des sites de contact entre le réticulum endoplasmique (RE) et la MP joue aussi un rôle dans la croissance des cellules. Des membres de la famille de synaptotagmines étendues (E-Syts) ont été identifiés comme protéines de transfert des lipides dépendantes du Ca2+ au niveau des jonctions RE-MP.Nous avons découvert qu’un nouveau complexe SNARE aux sites de contact RE-MP, composé par Sec22b et Stx1, est impliqué dans la croissance des neurites bien qu’il soit incapable de favoriser la fusion membranaire. Cependant, la manière dont ce complexe participe à l’extension des neurites reste à élucider. Chez la levure, Sec22 interagit avec les protéines de transfert des lipides de la famille OSH, enrichis aux sites de contact RE-MP.Sur la base de ces observations, notre hypothèse est que le transfert non-vésiculaire de lipides induit par E-Syts au niveau des jonctions RE-MP contenant Sec22b pourrait contribuer à la croissance neuronale. L’objectif de ma thèse était d’explorer cette hypothèse. Nous montrons que Sec22b interagit avec E-Syt2 et Stx1 dans les cellules PC12 et avec E-Syt2, E-Syt3 et Stx3 dans les cellules HeLa. L’interaction Sec22b/E-Syt2 dépend du domaine Longin de Sec22b. La surexpression des E-Syts stabilise l’association Sec22b/Stx1, alors que l’inactivation des E-Syts provoque l’effet inverse. La surexpression de E-Syt2 de type sauvage, mais pas des mutants incapables de transférer les lipides ou non fixés au RE, augmentent la formation de filopodes axonaux et la ramification de neurites dans les neurones en développement. Cet effet est inhibé par une neurotoxine clostridiale clivant Stx1, par l’expression du domaine Sec22b Longin et par un mutant Sec22b ayant une extension entre les domaines SNARE et transmembranaire.En conclusion, mes résultats soutiennent l’idée que les sites de contact Sec22b/Stx1 contribuent à l’expansion de la MP via une interaction avec des protéines de transfert de phospholipides comme E-Syts
The growth of neurites during neuronal development requires a massive increase of surface area via the insertion of new proteins and lipids. This event occurs through the fusion of secretory vesicles with the plasma membrane (PM), the final step of the secretory pathway. Recently, non-vesicular transfer of lipids at contacts between endoplasmic reticulum (ER) and PM was shown to contribute to membrane expansion. Members of the ER-integral membrane protein Extended-Synaptotagmin (E-Syt) family have been identified as Ca2+-dependent lipid transfer proteins at ER-PM contact sites, and shown to transfer glycerophospholipids via their lipid binding domains. The laboratory previously found that a novel ER-PM SNARE complex, composed of the ER-resident Sec22b and the neuronal plasmalemmal Stx1, is involved in neurite growth despite being unable to mediate membrane fusion. However, how this complex participates to neurite extension remained to be elucidated. In yeast, Sec22 interacts with lipid transfer proteins of the OSH family, enriched at the ER- PM contacts, supporting a role for Sec22b-populated ER- PM junctions in non-vesicular lipid transport between these bilayers. Based on these observations, our starting hypothesis was that E-Syts-mediated non-vesicular lipid transfer at Sec22b-populated ER-PM contacts, might contribute to neurite growth. The goal of my PhD was to explore this hypothesis with two specific questions: 1-What are the partners of Sec22b complexes which might be involved in the unconventional mechanisms of membrane expansion? 2-What is the mechanism whereby the non-fusogenic SNARE Sec22b/Stx1 complex acts in neuronal development?Here we show that Sec22b interacts with E-Syt2 and Stx1 in PC12 cells and with E-Syt2, E-Syt3 and Stx3 in HeLa cells. Overexpression of E-Syt2 stabilized Sec22b-Stx3 association, whereas silencing of E-Syt2 had the opposite effect. Overexpression of E-Syt2 full length, but not the mutant forms which are unable to transfer lipids or attach to the ER, increased the formation of filopodia particularly in the growing axon. Finally, this effect was inhibited by a clostridial neurotoxin cleaving Stx1, by the expression of Sec22b Longin domain and a by a Sec22b mutant with extended linker between SNARE and transmembrane domains.In conclusion, these results support the hypothesis that Sec22b/Stx1 junctions may contribute to membrane expansion via an interaction with phospholipid transfer proteins like E-Syts

Les cellules eucaryotes sont caractérisées par le cloisonnement des organelles par des membranes. La communication entre les différents compartiments cellulaires est assurée par deux voies de transport : le transport vésiculaire et transport non-vésiculaire. Le transport vésiculaire permet à la fois le trafic des protéines et des lipides d'un compartiment à un autre, alors que le transport non-vésiculaire permet uniquement le trafic des lipides. En effet, les lipides jouent un rôle essentiel dans l'organisation cellulaire. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au rôle des lipides dans le trafic intracellulaire, en utilisant la levure comme organisme modèle. Dans une première partie de ma thèse, j'ai étudié les hélices amphipathiques qui permettent le ciblage des protéines vers des compartiments cellulaires spécifiques. Dans une étude précédente, réalisé au laboratoire a montré que ces hélices amphipathiques interagissaient directement avec les lipides membranaires, ce qui permet un adressage spécifique des protéines en fonction des environnements lipidiques dans la cellule. Deux hélices amphipatiques ont fait l’objet de cette étude : le motif ALPS qui cible les vésicules de la voie sécrétoire précoce, et alpha-synucléine qui reconnaît et fixe les vésicules du compartiment trans-Golgi-membrane plasmique. Dans cette première partie de la thèse j’ai cherché à identifier des motifs similaires à celui d’alpha-synucléine dans les protéines de levure, et de déterminer leurs rôles dans la cellule. Dans une seconde partie de ma thèse, en collaboration avec le laboratoire du Dr Thierry Galli, j'ai étudié de nouveaux composants impliqués dans le métabolisme lipidique aux sites de contact entre le réticulum endoplasmique et la membrane plasmique. Les sites de contact membranaires sont des régions de proches appositions (de l'ordre de 10 à 30 nm) entre deux membranes, généralement entre la membrane du réticulum endoplasmique (RE) et une autre organelle. Ce sont principalement des sites de transfert des lipides et d'ions. Maja Petkovic dans le laboratoire de Thierry Galli a fait la découverte que la protéine SNARE du RE, Sec22, interagit avec une syntaxine (Stx1) de la membrane plasmique dans les neurones, ce qui permet un nouveau mécanisme de contact entre ces deux membranes. J’ai donc essayé de voir si ce mécanisme est conservé chez la levure. Les résultats que j'ai obtenus ont confirmé que la levure Sec22 est capable d'interagir avec une protéine SNARE SSO1 localisée à la membrane plasmatique et homologue de Stx1. J'ai trouvé par co-immunoprecipitation que Sec22 et SSO1 deux interagissent avec les protéines de transfert des lipides localisées aux sites de contact. L'utilisation d'une sonde spécifique au Phosphatidylinositol-4 phosphate (PI4P), nous a permis de montrer que Sec22 est impliquée dans la régulation du niveau de PI4P à la membrane plasmique. Pour disséquer les deux fonctions de Sec22, dans la voie sécrétoire et aux sites de contact, nous avons utilisé l'approche des suppresseurs multicopies dans la levure. Parmi les suppresseurs identifiés, nous avons trouvé le Sfh1, une protéine qui a un rôle potentiel dans le transfert des lipides. Ces résultats confirment bien ceux obtenus par l’équipe de Thierry Galli, montrant que Sec22 a un nouveau rôle aux sites de contact entre le RE et la membrane plasmique et suggèrent que ce complexe SNARE pourrait être impliqué dans transfert de lipides chez la levure
Eukaryotic cells are characterized by their internal membrane compartmentalization, with the various specialized organelles of the cell bounded by lipid membranes. Communication between different cellular compartments occurs via two transport pathways: vesicular transport and non-vesicular transport. Vesicular transport carries both proteins and lipids from one compartment to another in cells, whereas non-vesicular transport carries only lipids. An emerging idea is the important role that lipids play in cellular organization. Lipid binding amphipathic helices such as the ALPS (amphipathic lipid packing sensor) motif are targeted to membranes of a specific lipid composition, and hence act to transfer information encoded in membrane lipids to the vesicle trafficking machinery. The lipid composition of the membranes of different organelles is therefore of great importance. One mechanism that cells use to maintain the distinct lipid compositions of organelles is lipid transport, which occurs preferentially at membrane contact sites (MCS). MCS are regions of close appositions, on the order of 10 to 30 nm, between two membranes, generally between the membrane of the endoplasmic reticulum (ER) and another organelle. In my thesis, I addressed two aspects of how lipids and their transport function in intracellular trafficking, using yeast as a model system. First, I studied amphipathic motifs that mediate targeting of proteins to specific compartments in cells. Lipid binding amphipathic helices were shown in a previous study in the laboratory to mediate specific targeting to distinct lipid environments via direct protein-lipid interactions, both in vitro and in cells. One of these, the ALPS motif, targets vesicles of the early secretory pathway. The other, alpha-synuclein, targets vesicles travelling between the late Golgi, the plasma membrane and endosomes. I studied new potential alpha-synuclein-like motifs in yeast proteins, and their roles in cells. In a second project, in collaboration with the laboratory of Dr. Thierry Galli, I studied new compenents involved in lipid metabolism at contact sites between the endoplasmic reticulum and the plasma membrane. Maja Petkovic in the laboratory of Thierry Galli made the important discovery that the ER-localized SNARE protein Sec22 interacts with a plasma membrane syntaxin in neurons, thus providing a novel mechanism for mediating close contact between these two membranes. I addressed the question of whether this mechanism is conserved in yeast. The results I obtained confirmed that yeast Sec22 is able to interact with a SNARE protein localized to the plasma membrane, Sso1. I found by co-immunoprecitation that Sec22 and Sso1 both interact with lipid transfer proteins localized to ER-plasma membrane contact sites. Using a specific probe for phosphatidylinositol-4 phosphate (PI4P), we showed that Sec22 was involved in regulating the level of PI4P at the plasma membrane. These results extend to yeast those obtained by Maja Petkovic, Thierry Galli and colleauges showing that Sec22 has a novel role at ER-plasma membrane contact sites, and suggest that this SNARE complex might be implicated in lipid transfer at these sites in yeast

Le déploiement des structures membranaires pressurisées est un sujet intéressant qui trouve des applications pratiques dans l'industrie spatiale. Son étude présente du point de vue mécanique un défi intéressant dans la mesure où elle fait intervenir plusieurs non-linéarités : celle géométrique due aux grandes transformations, celle matérielle due aux lois de comportement hyperélastiques des membranes, celle due à la pression de gonflage étant un chargement suiveur et enfin la non-linéarité des conditions aux limites de contact. Dans ce travail, le déploiement est étudié en quasi-statique à partir de deux études complémentaires : l'expérimentation et la modélisation numérique. L'expérimentation comprend deux parties : (i) l'identification des caractéristiques thermomécaniques des matériaux membranaires par une méthode de mesure sans contact; (ii) la campagne d'essais de déploiement effectuée sur des tubes pliés soumis à différentes charges mortes appliquées à leur extrémité supérieure. Le développement numérique s'effectue sous l'hypothèse du contact lisse et suit deux approches distinctes : (i) la première utilise le principe des travaux virtuels en lagrangien augmenté et conduit aux éléments finis de membrane classiques avec contact; (ii) la seconde est une approche plus simple et plus adaptée au problème en question, elle consiste à minimiser l’énergie potentielle pénalisée sous une contrainte de volume. Dans les deux approches, les algorithmes de contact lisse implémentés sont validés sur différents exemples de contact de membranes pressurisées. Ensuite, les résultats numériques obtenus sur le déploiement quasi-statique des tubes sont confrontés aux résultats expérimentaux. Les courbes de réponse donnant la flèche en tête du tube en fonction de la pression interne montrent une bonne concordance entre les mesures et les simulations numériques
The deployment of membrane structures is an attractive research subject which interests particularly the spatial industry for its direct applications. This study is a significant challenge from the mechanical point of view, because of the various non linearities involved: the geometrical one due to finite deformations, the material one through a hyperelastic constitutive law of membranes, the inflation pressure which is a follower loading, and the contact-type boundary conditions. In this work, the deployment is dealt with in quasi-statics following two complementary studies : the experimentation and the numerical simulation. The experimentation contains two parts: (i) identification of the thermomechanical properties of the membrane materials by a contactless measure procedure; (ii) a series of deployment measurements conducted on folded tubes, subjected to different dead loads applied at their top side. The numerical development is carried out under the frictionless contact hypothesis by means of two distinct approaches: (i) the first uses the augmented Lagrangian version of the principle of virtual works, giving rise to the classical membrane finite element with contact; (ii) the second one -simpler and more suited for the problem in hand - consists in minimizing the penalized potential energy under a volume constraint. In both approaches, the implemented frictionless contact algorithms are validated through different examples of pressurized membranes in contact. Finally, the numerical results of the quasi-static deployment of folded tubes are compared with experimental results. The curves giving the deflection at the tip of the tube versus the internal pressure shows a good correlation between the measurement and the numerical model

Les mitochondries sont des organelles très dynamiques qui subissent des phénomènes de fission et de fusion constants de leurs membranes extérieures et intérieures. Ces processus sont essentiels pour le maintien des fonctions mitochondriales essentielles telles que la phosphorylation oxydative ou la signalisation du calcium. D’un point de vue moléculaire, la fusion et la fission mitochondriale dépendent tous les deux des grandes GTPases de la famille des protéines de type dynamine. Les dynamines qui favorisent l’attachement et la fusion des membranes mitochondriales extérieures sont appelés les mitofusines.La mitofusine de la levure Fzo1 est une GTPase transmembranaire située dans la membrane externe de la mitochondrie. Son oligomérisation favorise l’attachement suivi de la fusion de la membrane externe mitochondriale. Fzo1 a été proposé récemment comme une protéine d’attachement potentielle entre les peroxysomes et les mitochondries lorsqu’elle est surexprimée. Cependant, on ignore si Fzo1 est présent sur les membranes peroxysomales dans les cellules sauvages ou si cette localisation extra-mitochondriale est une conséquence de la surexpression. De plus, nous ne savons toujours pas comment le Fzo1 peroxysomal et le Fzo1 mitochondrial interagissent dans ces contacts et quel est leur rôle dans la cellule. Durant ma thèse, j’ai pu prouver que Fzo1 se trouve réellement aux peroxysomes dans des conditions physiologiques et oligomérise avec le Fzo1 mitochondrial créant ainsi des contacts Fzo1-Fzo1 entre les peroxysomes et les mitochondries que nous appellerons maintenant des contacts « Permit Fzo1-dépendants ». On a découvert que ces contacts sont modulés par les niveaux de Fzo1 qui sont étroitement régulés par la ligase ubiquitine appelée Mdm30 mais aussi en fonction des niveaux de désaturation des acides gras dans la cellule. D’un point de vue fonctionnel et après avoir écarté plusieurs possibilités, nous avons trouvé que le rôle des contacts Permit Fzo1-dépendants est de réguler la fusion mitochondriale à travers le cycle glyoxylate, un processus qui permet aux cellules de convertir des composés unitaires de C2 en précurseurs de C4 pour la biosynthèse des acides aminés et des glucides. Nous avons découvert que les contacts Permit Fzo1-dépendants permettent le transfert mitochondrial des produits intermédiaires du cycle de glyoxylate pour stimuler la fusion mitochondriale. Ces résultats révèlent ainsi une réponse des organelles aux changements de désaturation des acides gras et aux besoins métaboliques de la cellule pour réguler la fusion mitochondriale.Enfin, les résultats obtenus au cours de ma thèse ont enrichi nos connaissances sur les contacts entre organelles et nous ont permis de prouver que Fzo1 est localisé sur les membranes mitochondriales et peroxysomales dans les cellules de type sauvage de levure. Nos études montrent également que les contacts Permit Fzo1-dépendants sont modulés en fonction des besoins de la cellule car ils jouent un rôle crucial dans l’entretien de la fusion mitochondriale en créant un raccourci possible pour les produits intermédiaires du cycle du glyoxylate pour atteindre les mitochondries lorsque cela est nécessaire
Mitochondria are highly dynamic organelles that undergo constant fission and fusion of their outer and inner membranes. These processes are critical to maintain essential mitochondrial functions such as oxidative phosphorylation or calcium signaling. On a molecular basis, mitochondrial fusion and fission both depend on large GTPases of the Dynamin-Related Protein (DRP) family. The DRPs that mediate attachment and fusion of mitochondrial outer membranes are called the Mitofusins. The yeast mitofusin Fzo1 is located in the mitochondrial outer membrane. Its oligomerization promotes mitochondrial tethering followed by mitochondrial outer membrane fusion. Fzo1 has recently been proposed as a potential tether between peroxisomes and mitochondria when overexpressed. However, whether Fzo1 is present on peroxisomal membranes in WT cells or whether this extra-mitochondrial localization is a consequence of overexpression is unknown. In addition, we still don’t know how peroxisomal and mitochondrial Fzo1 mediate these contacts and their purpose in the cell. In my thesis, we were able to prove that Fzo1 naturally localizes to peroxisomes and oligomerizes with the mitochondrial Fzo1 thus creating Fzo1-Fzo1 contacts between peroxisomes and mitochondria which we will now call “Fzo1-mediated permit” contacts. We found that these contacts are modulated by Fzo1 levels which are tightly regulated by an SCF ubiquitin ligase called Mdm30 but also depending on fatty acid desaturation levels in the cell. From a functional standpoint, we found that the role of Fzo1-mediated permit contacts is to regulate mitochondrial fusion through the glyoxylate cycle, a process which allows cells to convert C2 unit compounds to C4 precursors for amino acid and carbohydrate biosynthesis. We discovered that Fzo1-mediated permit contacts allow the mitochondrial transfer of early byproducts of the glyoxylate cycle to stimulate mitochondrial fusion. In fine, the results obtained during my thesis enriched our knowledge on organelle contacts and allowed us to prove that Fzo1 is localized on both mitochondrial and peroxisomal membranes in wild type cells. Our studies also show that Fzo1-mediated permit contacts are modulated according to the cell’s needs as they play a crucial role in upkeeping mitochondrial fusion by providing a possible shortcut for byproducts of the glyoxylate cycle to reach mitochondria when direly needed

La protéine OSBP est un transporteur de lipides qui régule la distribution cellulaire du cholestérol. OSBP comprend un domaine PH, deux séquences « coiled coil », un motif FFAT (deux phénylalanines dans un environement acide), et un domaine de liaison de lipides (ORD) à son extrémité C-terminale. Le domaine PH interagit avec le PI(4)P et la petite protéine G Arf1-GTP au niveau du Golgi, alors que le motif FFAT interagit avec la protéine VAP-A, résidente du réticulum endoplasmique (RE). En liant simultanément tous ces déterminants, OSBP stabilise des sites de contact membranaire entre RE et Golgi, permettant ainsi un contre-échange cholestérol / PI(4)P par l'ORD. OSBP contient également une longue séquence N-terminale d’environ 80 aa, intrinsèquement désordonnée, composée principalement de glycine, proline et d'alanine. Nous démontrons que la présence de ce N-terminus désordonné augmente le rayon de Stoke de OSBP tronquée du domaine ORD, et limite sa densité d’association sur la membrane portant le PI(4)P. La protéine dépourvue du N terminus favorise l'agrégation symétrique des liposomes PI(4)P (mimant la membrane du Golgi) par les deux domaines PH du dimère OSBP, alors que la présence de la séquence désordonnée empêche cette association symétrique. De même, nous observons que la distribution d’OSBP sur la membrane de vésicules unilamellaires géantes (GUV) varie selon la présence ou l'absence du N-terminus. En présence de la séquence désordonnée, la protéine est répartie de manière homogène sur toute la surface du GUV, alors que la protéine sans N-terminal a tendance à s'accumuler à l'interface entre deux GUV de type Golgi. Cette accumulation locale ralentit fortement la mobilité de la protéine à l’interface. Un effet similaire du N-terminal sur la dynamique des protéines est observé lorsque l’association de membranes de type ER et Golgi est assuré par des protéines monomériques (dépourvue du coiled coil) en présence de Vap-A. Les résultats de nos expériences in vitro ont été confirmés en cellules vivantes, où la séquence intrinsèquement désordonnée contrôle le recrutement d’OSBP sur les membranes Golgiennes, sa mobilité et sa dynamique d’activité au cours des cycles de transfert de lipides. La plupart des protéines de la famille d’OSBP contiennent des séquences N-terminales de faible complexité, suggérant un mécanisme général de régulation
Oxysterol binding protein (OSBP) is a lipid transfer protein that regulates cholesterol distribution in cell membranes. OSBP consists of a pleckstrin homology (PH) domain, two coiled-coils, a “two phenylalanines in acidic tract” (FFAT) motif and a C-terminal lipid binding OSBP-Related Domain (ORD). The PH domain recognizes PI(4)P and small G protein Arf1-GTP at the Golgi, whereas the FFAT motif interacts with the ER-resident protein VAP-A. By binding all these determinants simultaneously, OSBP creates membrane contact sites between ER and Golgi, allowing the counter-transport of cholesterol and PI(4)P by the ORD. OSBP also contains an intrinsically disordered ~80 aa long N-terminal sequence, composed mostly of glycine, proline and alanine. We demonstrate that the presence of disordered N-terminus increases the Stoke’s radius of OSBP truncated proteins and limits their density and saturation level on PI(4)P-containing membrane. The N-terminus also prevents the two PH domains of OSBP dimer to symmetrically tether two PI(4)P-containing (Golgi-like) liposomes, whereas protein lacking the disordered sequence promotes symmetrical liposome aggregation. Similarly, we observe a difference in OSBP membrane distribution on tethered giant unilamellar vesicles (GUVs), based on the presence/absence of N-terminus. Protein with disordered sequence is homogeneously distributed all over the GUV surface, whereas protein without N-terminus tends to accumulate at the interface between two PI(4)P-containing GUVs. This protein accumulation leads to local overcrowding, which is reflected by slow in-plane diffusion. The effect of N-terminus is also manifested in monomeric OSBPderived proteins that tether ER-like and Golgi-like membranes in the presence of VAP-A. Findings from our in vitro experiments are confirmed in living cells, where N-terminus controls the recruitment of OSBP on Golgi membranes, its motility and the on-and-off dynamics during lipid transfer cycles. Most OSBP-related proteins contain low complexity N-terminal sequences, suggesting a general effect