Protein Dynamics in Crowded Systems : Cell Thermal Stability and Protein Complexation

Dynamique des protéines en milieu encombré : stabilité thermique des cellules et complexation des protéines La sensibilité thermique du protéome joue un rôle clé en tant que déterminant pour la plupart des activités de l'organisme entier dépendant de la température.Différentes images ont été proposées pour relier la dégradation du protéome à la limite supérieure de la niche thermique cellulaire, c'est-à-dire la température de mort de la cellule TCD. Un premier aspect essentiel est de quantifier la stabilité thermique du protéome. D'une part, un modèle théorique proposé trouve que la mort cellulaire est liée à une catastrophe globale du protéome avec des protéines se dépliant dans une gamme étroite de températures proches du TCD. Cette image a été récemment remise en question par des investigations expérimentales sur des lysats et des cellules d'E. coli selon lesquelles seul un petit ensemble de protéines se déploie effectivement à la mort cellulaire. L'adaptation thermique résulterait de la stabilisation préférentielle d'un sous-ensemble homologue de protéines, indiquant ainsi que la sensibilité à la chaleur des cellules peut s'expliquer par un petit nombre de protéines qui remplissent des rôles physiologiques critiques.La stabilité thermique du protéome n'est pas le seul déterminant physique du taux de croissance de la cellule, qui devrait également dépendre de la diffusion des protéines dans la cellule, qui dépend à son tour de la température, et est souvent un facteur limitant de la vitesse des processus biochimiques cellulaires. . À ce jour, la relation entre la dynamique de diffusion du protéome et la sensibilité thermique d'une cellule n'a pas encore été étudiée, également en raison du défi extrêmement difficile de représenter les mouvements des protéines dans le cytoplasme d'une cellule en milieu surpeuplé où la concentration locale peut varier de 200 g/L jusqu'à 400 g/L.Dans cette thèse, nous abordons ce problème en combinant la spectroscopie de diffusion de neutrons et la simulation de dynamique moléculaire multi-échelles pour caractériser l'état dynamique du protéome d'E. coli dans la gamme thermique entre 276K et 360K, à des températures croissantes et décroissantes pour tester sa réversibilité. Nous concentrons nos études sur E. coli car ce sont les bactéries les plus étudiées, et de nombreuses informations utiles sont disponibles dans la littérature qui peuvent être utilisées pour interpréter les résultats. De plus, cette bactérie représente un bon modèle pour toutes les cellules bactériennes, et, puisque nous nous intéressons principalement aux propriétés globales du système, c'est-à-dire au comportement dynamique des protéines cytoplasmiques qui sont les plus abondantes dans la cellule, les bactéries E. coli sont une bonne référence également pour le cytosol des cellules eucaryotes.Concernant les techniques expérimentales, au chapitre 2, nous présentons les concepts de base sur la diffusion neutronique : introduction à la théorie de la diffusion neutronique, description du modèle utilisé pour l'interprétation des données, et réduction des données. Le chapitre 3 est consacré à la simulation de la dynamique moléculaire où nous discutons : des aspects généraux de la dynamique moléculaire, de la simulation des protéines, et des simulations à grains de parcours. Enfin, dans le chapitre 4, nous rapportons nos nouveaux résultats et nous discutons de leurs interprétations et implications.En annexe, nous rapportons également deux autres résultats originaux que nous avons obtenus, au cours de la thèse, en étudiant les effets de la complexation protéine-ligand sur la dynamique des protéines.