1. Cooperation of conical and polyunsaturated lipids to regulate initiation and processing of membrane fusion
- Author
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Claire François-Martin, Amélie Bacle, James E. Rothman, Patrick F. J. Fuchs, Frédéric Pincet, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Laboratoire des biomolécules (LBM UMR 7203), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Département de Chimie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Institut de Chimie du CNRS (INC)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Yale University [New Haven], Université de Paris - UFR Sciences du Vivant [Sciences] (UP - UFR SDV), Université de Paris (UP), Mécanismes Moléculaires Membranaires, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris Cité - UFR Sciences du Vivant [Sciences] (UPCité - UFR SDV), Université Paris Cité (UPCité), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Pincet, Frederic, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
- Subjects
fusion ,QH301-705.5 ,[PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph] ,Kinetics ,Nucleation ,Activation energy ,01 natural sciences ,Biochemistry, Genetics and Molecular Biology (miscellaneous) ,Biochemistry ,03 medical and health sciences ,fusion kinetics ,0103 physical sciences ,Molecular Biosciences ,Biology (General) ,Molecular Biology ,030304 developmental biology ,Original Research ,0303 health sciences ,Fusion ,Nucleation kinetics ,010304 chemical physics ,[PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph] ,Chemistry ,Lipid bilayer fusion ,Conical surface ,lipid shape ,molecular dynamics simulations ,Membrane ,activation energy ,Biophysics - Abstract
The shape of lipids has long been suspected to be a critical determinant for the control of membrane fusion. To experimentally test this assertion, we used conical and malleable lipids and measured their influence on the fusion kinetics. We found that, as previously suspected, both types of lipids accelerate fusion. However, the implicated molecular mechanisms are strikingly different. Malleable lipids, with their ability to change shape with low energy cost, favor fusion by decreasing the overall activation energy. On the other hand, conical lipids, with their small polar head relative to the area occupied by the hydrophobic chains, tend to make fusion less energetically advantageous because they tend to migrate towards the most favorable lipid leaflet, hindering fusion pore opening. They could however facilitate fusion by generating hydrophobic defects on the membranes; this is suggested by the similar trend observed between the experimental rate of fusion nucleation and the surface occupied by hydrophobic defects obtained by molecular simulations. The synergy of dual-process, activation energy and nucleation kinetics, could facilitate membrane fusion regulation in vivo.
- Published
- 2021
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