Un modèle élastique complet pour décrire la nanomécanique des membranes cellulaires
Publié par Isabelle le 14/09/2018 à 12:00
Source: CNRS INSIS
Des chercheurs du Laboratoire de physique des solides et du laboratoire Matière et systèmes complexes ont mesuré les interactions entre des canaux de gramicidine dans une bicouche lipidique, composante principale de la membrane cellulaire. À partir de ces mesures, ils ont élaboré un modèle qui décrit de manière réaliste le comportement mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui...) des membranes de lipides à l'échelle nanométrique. Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.


© LPS - MSC
Diagramme de membranes de phospholipides de plus en plus épaisses (de haut en bas, DLPC, DMPC, DPPC et DSPC) déformées par deux canaux de gramicidine insérés. Le profil de déformation est agrandi d'un facteur trois.

Une membrane cellulaire est constituée d'une bicouche de lipides et d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'inclusions, comme les protéines membranaires. Pour mieux comprendre le comportement mécanique de la membrane, des chercheurs du Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) des solides (LPS, CNRS/université Paris-Sud) et du laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) et systèmes complexes (MSC, CNRS/université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...) Diderot), ont étudié un système modèle utilisant des canaux formés par la gramicidine (un antibiotique). Leur objectif était de mettre en évidence et de mesurer les interactions entre canaux, transmises par les propriétés élastiques de la bicouche lipidique, et de construire un modèle théorique capable de rendre compte de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) répulsive entre les canaux, alors qu'un modèle élastique simple prédit une attraction.

Les chercheurs se sont intéressés à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.) entre le canal protéique et la membrane lipidique. A l'aide de mesures de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition »...) de rayons X aux petits angles (SAXS)*1, interprétées par leur modèle, ils ont mesuré la déformation de la membrane au contact des canaux: l'épaisseur de la bicouche de lipides chute brusquement à proximité du canal, avant de rejoindre sa valeur d'équilibre. L'étude a révélé l'importance de la pente de cette variation d'épaisseur. Avec la bonne valeur de ce paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.), le modèle théorique décrit très bien le comportement élastique de la membrane. La validité du modèle a été confortée en l'appliquant à des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) publiées par d'autres équipes: il a prédit de manière quantitative des résultats obtenus, d'une part par simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite « analogique » qui est...) de l'interaction à l'échelle moléculaire, d'autre part par des mesures de conductivité du canal de gramicidine.

Note:
*1 Les mesures ont été effectuées à l'ESRF, le synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) européen de Grenoble.


Références publication:
Coupling between inclusions and membranes at the nanoscale,
F. Bories, D. Constantin, P. Galatola, and J.-B. Fournier.
Physical Review Letters, 120 (12) 128104 (2018)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.128104

Contacts chercheurs:
- Doru Constantin - LPS
- Paolo Galatola - MSC
- Jean-Baptiste Fournier - MSC
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