Description du projet
Des simulations pourraient nous permettre de comprendre ce qui régit l’assemblage des protéines, afin de pouvoir en faire de même
Habituellement, les choses incroyables ne se produisent pas sans un apport d’énergie, sans une secousse à la situation actuelle. Si cela est vrai pour les personnes qui sont complaisantes ou les ordinateurs éteints, c’est également le cas pour l’assemblage des protéines. Les protéines influencées par des apports externes, comme les gradients chimiques ou les forces mécaniques, peuvent changer leurs structures de manières qui leur permettent de poursuivre leur travail. Comprendre les mécanismes connexes permettrait aux scientifiques de contrôler ces apports et, par conséquent, les résultats, en appliquant ces connaissances aux traitements chez l’homme ou les utilisant pour créer des machines moléculaires biomimétiques et personnalisées. Des modèles informatiques développés par le projet NEPA, financé par l’UE, promettent de simuler l’émergence de comportements fonctionnels dans les assemblages de protéines, ouvrant ainsi la porte à ces applications.
Objectif
A key challenge in biological and soft-matter physics is to identify the principles that govern the organisation and functionality in non-equilibrium systems. Living systems are by definition out of equilibrium and a constant energy input is required to assemble and disassemble the molecular machinery of life. Only out of equilibrium, can proteins assemble to form functional sub-cellular structures, bind cells into dynamic tissues, and form complex biological machines. Our understanding of the physical mechanisms underlying robust protein assembly in driven systems is far from complete. Here I propose to develop a computer-simulation based framework to discover the physical principles of non-equilibrium protein assembly in biological or biomimetic systems. I will focus on systems where chemical gradients and active mechanical forces control protein assembly pathways and morphologies, and in which protein assembly far from equilibrium performs mechanical work. The particular case studies that I will investigate include mechanosensitive protein channels, fibrils of mechanical proteins, and active elastic filaments that remodel cells. As I aim to uncover generic design rules, my simulation model will only retain essential information on the shape and interaction of the assembling proteins needed to capture the complexity of the assembly. Using such minimal models, the simulations will be able to reach experimentally relevant time and length-scales, and will make quantitative predictions, which will be validated against data obtained by my experimental colleagues. The proposed programme will deliver an in-depth understanding of the molecular mechanisms that control the emergence of function in protein assemblies driven far from equilibrium. This knowledge should enable us to program or reprogram assembly phenomena in living organisms, and will provide principles that will guide the design and control of functional biomimetic assemblies and bio-inspired nano-machines.
Champ scientifique
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
3400 Klosterneuburg
Autriche