“Modélisation moléculaire des condensats cellulaires à des résolutions multiples”

Les Séminaires NUMEV sont ouverts à un large public d’étudiants, étudiantes, chercheurs et chercheuses de toutes disciplines, qui souhaitent en savoir plus sur les domaines de recherche actuels de la communauté NUMEV-MIPS (Mathématiques, Informatique, Physique et Systèmes) ou sur les possibilités de développer ses compétences et savoir-faire.

“Modélisation moléculaire des condensats cellulaires à des résolutions multiples”

Alessandro Barducci, Centre de Biologie Structurale, Université de Montpellier / CNRS / INSERM.

Les organites sans membrane sont des assemblages biomoléculaires dynamiques formés par la séparation de phase de protéines et d’acides nucléiques. On pense actuellement que ces condensats cellulaires jouent un rôle majeur dans l’organisation de l’environnement cellulaire et la caractérisation de leurs propriétés structurelles et fonctionnelles est d’une importance capitale pour améliorer notre compréhension du fonctionnement des cellules. Pour relever ce défi, des approches théoriques et informatiques adéquates sont nécessaires pour compléter les expériences in vitro et in vivo. Dans notre groupe, nous développons et appliquons des stratégies de simulation multi-échelles pour disséquer les forces motrices de l’assemblage des condensats et pour accéder à leurs détails structurels et dynamiques, qui échappent à la plupart des techniques expérimentales. Je présenterai ici quelques applications récentes de simulations atomistiques pour étudier les interactions intermoléculaires et les ensembles structuraux dans des condensats modèles de protéines et de protéines/ARN. En outre, je présenterai des approches à gros grain pour étudier les déterminants thermodynamiques de la condensation, y compris les réactions biochimiques consommatrices d’énergie qui peuvent réguler le comportement de la phase au-delà des limites de l’équilibre thermodynamique.

“Molecular modeling of cellular condensates at multiple resolutions”

Alessandro Barducci, Centre de Biologie Structurale, University of Montpellier / CNRS / INSERM.

Abstract

Membraneless organelles are dynamical biomolecular assemblies formed via phase separation of proteins and nucleic acids. These cellular condensates are currently thought to play a major role in organizing the cellular environment and characterizing their structural and functional properties has paramount importance to improve our understanding of cell functioning. In this challenge, adequate theoretical and computational approaches are needed to complement in vitro and in vivo experiments. In our group we develop and apply multi-scale simulation strategies for dissecting the driving forces of condensate assembly and for accessing their structural and dynamical details, which are elusive to most experimental techniques. Here, I will present some recent applications of atomistic simulations to probe intermolecular interactions and structural ensembles in model protein and protein/RNA condensates. Furthermore, I will introduce coarse-grained approaches for investigating the thermodynamic determinants of condensation, including energy-consuming biochemical reactions that may regulate the phase behaviour beyond the boundaries of thermodynamic equilibrium.