Étude quantitative de la liaison de la protéine MFT aux interfaces fluides recouvertes de lipides

CPCV (Chimie Physique et Chimie du Vivant) est un laboratoire de recherche en chimie fondamentale et aux interfaces du vivant, associant le CNRS, Sorbonne Université et l’ENS-PSL. Il développe des approches expérimentales et théoriques en chimie physique, chimie biologique et biophysique pour comprendre les processus moléculaires, de la réactivité chimique aux systèmes biologiques complexes.

L’IBPS (Institut de Biologie Paris-Seine) est un grand institut de biologie de Sorbonne Université rassemblant plusieurs unités et plateformes technologiques. Il couvre un large spectre de la biologie moderne (biophysique, neurosciences, biologie cellulaire et computationnelle) avec une forte orientation interdisciplinaire et quantitative, au croisement de la biologie, de la physique et de la chimie.

1. Contexte de l’étude / Background

Les graines des plantes supérieures accumulent de grandes quantités de triacylglycérols (TAG) au sein de gouttelettes lipidiques (lipid droplets, LDs), qui constituent une réserve d'énergie essentielle lors de la germination. La structure des LDs est très particulière : un cœur de lipides neutres est entouré d'une monocouche de phospholipides, décorée de protéines structurales et régulatrices. Des analyses protéomiques récentes ont identifié de nouvelles protéines associées aux LDs, parmi lesquelles des membres de la famille des PHOSPHATIDYLETHANOLAMINE-BINDING PROTEIN (PEBP), notamment MFT (MOTHER OF FT) et son homologue spécifique des graines, SMFT.

Si MFT est connue pour son rôle dans la dormance et la germination des graines, ses interactions biophysiques avec les interfaces des LDs demeurent mal comprises. Comprendre comment ces protéines reconnaissent, se lient et s'organisent sur les interfaces lipidiques est un enjeu clé à l'interface entre biologie des plantes, physique des interfaces et biologie cellulaire.

Ce projet est une collaboration entre Jacques FATTACCIOLI (Laboratoire CPCV – IPGG, SU - ENS) et Victoria Gomez (Biologié des Semences, IBPS, SU).

Le stage est financé par le programme InLife de SU.

2. Description du projet / Description of the project

Objectifs du stage : L'objectif du stage est de caractériser quantitativement la liaison des protéines MFT/SMFT à des interfaces lipidiques modèles mimant les LDs des plantes, et de déterminer comment des paramètres physiques tels que la tension interfaciale, la composition lipidique et la température influencent cette liaison.

Le/la stagiaire sera amené(e) à :

- Produire des gouttelettes lipidiques monodisperses par membrane emulsification et/ou des liposomes géants (GUVs) via électroformation ou méthodes à co-solvant.
- Fonctionnaliser ces interfaces modèles avec des phospholipides pertinents pour les LDs de plantes et avec des protéines MFT/SMFT fluorescentes (en collaboration avec l'équipe de biologie végétale).
- Mettre en œuvre une microscopie de fluorescence quantitative pour mesurer des isothermes d'adsorption et en déduire des constantes d'affinité interfaciale.
- Comparer différents régimes mécaniques : membranes de GUVs faiblement tendues et fluctuantes thermiquement d'une part, interfaces de gouttelettes à tension contrôlée d'autre part.
- Explorer comment ces contraintes mécaniques contrôlent l'accumulation, la distribution spatiale et l'organisation collective des protéines à l'interface.
- Ce travail permettra d'établir un cadre quantitatif pour décrire les interactions protéine–lipide au niveau des gouttelettes lipidiques de plantes, un sujet encore très peu exploré.

Dimension interdisciplinaire et perspectives. Le projet se situe à l'interface de la biologie végétale, de la physique de la matière molle, de la microfluidique et de l'imagerie quantitative. L'équipe de Victoria Gomez (IBPS) apporte son expertise en génétique d'Arabidopsis, expression et caractérisation de protéines de la famille PEBP. L'équipe de Jacques Fattaccioli (CPCV/IPGG) apporte des approches avancées de microfluidique, de biophysique interfaciale et d'analyse quantitative d'images.

3. Techniques ou méthodes utilisées / Specific techniques or methods

Le/la stagiaire sera formé(e) à :
(i) la préparation et la manipulation de systèmes modèles d'interfaces lipidiques (émulsions, GUVs), (ii) la microscopie de fluorescence et l'analyse quantitative d'images (ImageJ, Python),
(iii) des concepts de biophysique interfaciale et de matière molle, etc.

4. Références / References

1. Kretzschmar, FK., Doner, NM., Krawczyk, HE., Scholz, P., Schmitt, K., Valerius, O., Braus, GH., Mullen, RT., Ischebeck, T.. Identification of Low-Abundance Lipid Droplet Proteins in Seeds and Seedlings. Plant Physiol. 2020 182(3):1326-1345. doi: 10.1104/pp.19.01255.

2. Pinon, L., Montel, L., Mesdjian, O., Bernard, M., Michel, A., Ménager, C., and Fattaccioli, J. (2018). Kinetically Enhanced Fabrication of Homogeneous Biomimetic and Functional Emulsion Droplets. Langmuir 34, 15319–15326. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b02721.

Encadrement et lieu

Le stage se déroulera principalement à l’Institut Pierre-Gilles de Gennes et à l’IBPS, à Paris (France).
Encadrement par Jacques Fattaccioli (CPCV, SU, ENS-PSL) et Victoria GOMEZ (IBPS, SU).

- Étudiant(e) de Master 2 en physique, chimie, physico-chimie, sciences des matériaux ou disciplines voisines.
- Intérêt pour les problématiques à l’interface de la physico-chimie avec la biologie des plantes
- Compétences appréciées :formulation, microscopie, traitement de données.
- Autonomie, rigueur et goût pour le travail en équipe.