Parution : Cartographier et modéliser les membranes de nos cellules

Les travaux d'une équipe du Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement (LAMBE) ont été publiés début février dans Physical Review X, une publication de the American Physical Society.

L'équipe a utilisé le Microscope à Force Atomique (AFM), installé au LAMBE pour prendre des mesures physiques fiables sur des matériaux biologiques. Cela inclue d’une part des cellules vivantes, qui peuvent être étudiées in situ (c’est-à-dire dans leurs conditions de culture normales) et d’autres part des systèmes biomimétiques.  Ces derniers sont reconstitués à partir d’un minimum de composants connus et purifiés (moins de 10) afin d’étudier des membranes biologiques in vitro. Ils constituent des systèmes beaucoup plus simples à manipuler qu’une cellule vivante.

Ainsi les chercheurs essaient de comprendre à l’échelle nanométrique comment des protéines font changer les formes ou les propriétés mécaniques locales des membranes lipidiques.

Les bicouches lipidiques constituent les membranes qui délimitent les cellules vivantes et les compartiments intracellulaires. Elles changent continuellement de forme, en particulier sous l’effet du cytosquelette1, le réseau dynamique de biopolymères qui contrôle l’architecture de la cellule.

Les membranes biologiques forment des cylindres appelés nanotubes, de 20 à 200 nm de diamètre. In vivo, ces nanotubes sont scindés par des protéines spécialisées afin de former des vésicules servant à transporter des molécules à travers la cellule. Les mécanismes physiques par lesquels les nanotubes se forment et se désassemblent sont loin d’être élucidés car il n’existe pas de technique expérimentale donnant accès à leur morphologie et leur mécanique à l'échelle nanométrique. Le LAMBE a donc développé une nouvelle plateforme d’étude des nanotubes par AFM.

Les chercheurs étudient localement la mécanique et la topographie de ces nano-objets biologiques très déformables en indentant leur surface avec la pointe d’un microscope à force atomique. Puis ils enregistrent en chaque point une courbe de force-indentation, permettant d’obtenir simultanément la morphologie des tubes ainsi que la tension et la rigidité de courbure de leur membrane. Cette approche est appliquée à des nanotubes recouverts d’un réseau d’actine2, une protéine majeure du cytosquelette, pour mettre en évidence le changement de morphologie et de rigidité induit par l’actine.

Cette approche permettra d’étudier le remodelage des nanotubes par d’autres protéines et ainsi de disséquer les mécanismes physiques qui sous-tendent les processus fondamentaux du trafic intracellulaire.

Référence

Mapping and Modeling the Nanomechanics of Bare and Protein-Coated Lipid Nanotubes

Guillaume Lamour, Antoine Allard, Juan Pelta, Sid Labdi, Martin Lenz, and Clément Campillo

Phys. Rev. X 10, 011031 – Published 11 February 2020

Published by the American Physical Society

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.10.011031

Portraits

Retrouvez les portraits de Clément Campillo (à gauche) et Guillaume Lamour (à droite)

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