Équipe
Responsable d’équipe : Ieva Raffaele
Présentation
L’équipe « Biogenèse membranaire et transport des protéines » étudie les processus fondamentaux de la biogenèse et du maintien des membranes cellulaires en utilisant comme modèle les bactéries et les mitochondries qui sont des organites cellulaires eucaryotes d’origine bactérienne.
Nous nous interessons plus particulièrement aux mécanismes moléculaires qui coordonnent les processus d’assemblage des différents constituants membranaires, en nous focalisant sur la reconnaissance spécifique des séquences d’adressage portées par les protéines par les systèmes de transport de protéines (translocases). Nous essayons également de comprendre comment plusieurs translocases coopèrent pour assurer le transport de ces protéines et répondent aux signaux environnementaux afin d’ajuster la biogénèse des compartiments membranaires.
Pour atteindre ces objectifs, nous combinons des approches « omiques » et moléculaires, y compris des cribles à l’échelle du génome, des approches « interactomiques », des analyses structurales de particules uniques par des techniques de cryoElectron Microscopie, ainsi que des caractérisations fonctionnelles des gènes/protéines in vivo et in vitro.
Nos projets tendent à identifier dans le futur des inhibiteurs de la biogénèse des membranes des bactéries pouvant servir de nouveaux antibiotiques ou à développer des médicaments contre certaines mitochondriopathies.
Projet 1
Les bactéries à Gram négatif représentent un problème majeur de santé publique en raison de leur résistance accrue aux antibiotiques, qui entraîne chaque année des millions de décès dans le monde. La membrane externe (ME) des bactéries à Gram négatif joue un rôle clé dans la virulence, car elle protège les cellules contre les facteurs de stress physiques et chimiques, y compris plusieurs classes d’antibiotiques. La ME représente donc une cible prioritaire pour le développement de nouveaux antimicrobiens.
Les lipides et les protéines contribuent à la robustesse de la ME. Les protéines intégrales de la membrane externe (OMP) jouent un rôle crucial dans la biogenèse et la fonction de la ME, car elles catalysent les processus d’assemblage des protéines et des lipides ainsi que l’échange de métabolites avec l’extérieur de la cellule.
L’un des principaux objectifs de notre laboratoire est d’élucider les mécanismes cellulaires qui coordonnent la biogenèse efficace de la ME et la manière dont la ME subit des remaniements majeurs, par exemple au cours de la division cellulaire, tout en préservant son intégrité. À cette fin, nous étudions comment la machinerie « BAM », processus essentiel d’assemblage des OMPs dans la ME, est coordonnée avec d’autres processus de biogenèse et de remodelage de l’enveloppe bactérienne. Nous avons établi une approche interactomique quantitative qui met en évidence un réseau dense d’interactions du complexe « BAM » avec d’autres machineries d’assemblage membranaire, différents types de capteurs de stress de l’enveloppe et de nombreuses protéines non caractérisées. Ce dernier groupe comprend deux protéines que nous avons récemment étudiées : DolP, un facteur d’assemblage de BamA, et LptM, un nouveau composant du translocon des lipopolysaccharides (Ranava et al., 2021 ; Yang et al 2023, Chen et al., en préparation). Nos projets actuels et futurs explorent le fonctionnement des co-facteurs de « BAM » au niveau moléculaire.
Projet 2
Les mitochondries sont des organites d’origine bactérienne qui jouent un rôle central dans le métabolisme, la bioénergétique et les voies de signalisation des cellules eucaryotes. Les mitochondries sont responsables de la production de la majeure partie de l’ATP cellulaire via la phosphorylation oxydative (OXPHOS), un processus médié par les complexes de la chaîne respiratoire et la F1FO ATP-synthase.
Les mitochondries sont constituées d’environ 1000 protéines, dont la majorité est codée dans le noyau et synthétisée dans le cytosol de la cellule sous forme de précurseurs protéiques (préprotéines). De nombreux précurseurs possèdent des signaux d’adressage amino (N)-terminal clivables appelés préséquences. Ces signaux dirigent l’import des préprotéines par la translocase de la membrane externe (TOM) et de la membrane interne (TIM23, préséquence translocase). Le moteur associé à TIM23 (PAM) contribue à dynamiser l’import des préprotéines dans la matrice. Lors de l’import, de nombreuses protéines, telles que les sous-unités des complexes OXPHOS sont rapidement assemblées en complexes matures, tandis que les composants non assemblés peuvent générer des intermédiaires d’assemblage au détriment de la protéostase mitochondriale.
Un objectif important de notre laboratoire est d’étudier comment TOM et TIM23 orchestrent et coordonnent l’import des préprotéines et leur assemblage (Caumont-Sarcos et al., 2020 ; Kim et al., 2020 ; Turakhiya et al., 2016). Nous étudions comment TIM23 guide les protéines importées vers leurs lignes d’assemblage, rationalisant ainsi la biogenèse de complexes fonctionnels, y compris ceux qui sont à la base de la phosphorylation oxydative. Le couplage de l’import et de l’assemblage des protéines mitochondriales représente un centre de régulation potentiel qui peut rapidement moduler la biogenèse mitochondriale en réponse à la signalisation cellulaire et aux signaux métaboliques.
– Yang Y., Chen H., Corey A., Morales V., Quentin Y., Froment C., Caumont-Sarcos A., Albenne C., Burlet-Schiltz O., Ranava D., Stansfeld P., Marcoux M., Ieva R. (2023) LptM promotes oxidative maturation of the lipopolysaccharide translocon by substrate binding mimicry. Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-023-42007-w
– Ranava D#, Yang Y#, Orenday-Tapia L#, Rousset F, Turlan C, Morales V, Cui L, Moulin C, Froment C, Munoz G, Rech J, Marcoux J, Caumont-Sarcos A, Albenne C, Bikard D, and Ieva R. (2021) Lipoprotein DolP supports proper folding of BamA in the bacterial outer membrane promoting fitness upon envelope stress. eLife https://doi.org/10.7554/eLife.67817
– Caumont-Sarcos A#, Moulin C#, Poinot L, Guiard B, van der Laan M, Ieva R. (2020) Transmembrane Coordination of Preprotein Recognition and Motor Coupling by the Mitochondrial Presequence Receptor Tim50. Cell Reports https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.02.031
– Lee S, Lee H, Yoo S, Ieva R, van der Laan M, von Heijne G, Kim H. (2019) The Mgr2 subunit of the TIM23 complex regulates membrane insertion of marginal stop-transfer signals in the mitochondrial inner membrane. FEBS Letters https://doi.org/10.1002/1873-3468.13692
– Morales V., Orenday-Tapia L., Ieva R. (2024) Analysis of transmembrane beta-barrel proteins by native and semi-native polyacrylamide gel electrophoresis. Methods in Molecular Biology https://doi.org/10.1007/978-1-0716-3734-0_9
– Abuta’a YA, Caumont-Sarcos A, Albenne C, Ieva R. (2024) In Vivo Site-Directed and Time-Resolved Photocrosslinking of Envelope Proteins; Bacterial Secretion Systems: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology doi: https://doi.org/10.1007/978-1-0716-3445-5_20
– Moulin C, Caumont-Sarcos A, Ieva R. (2019) Mitochondrial presequence import: Multiple regulatory knobs fine-tune mitochondrial biogenesis and homeostasis. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res doi: https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2019.02.012
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