– Mac-mol-actin

1-Contexte scientifique et objectifs du projet : L'actine est une des protéines majeures du cytosquelette. En s'assemblant de manière dynamique dans les cellules, les filaments d'actine poussent la membrane et déforment la cellule, assurant ainsi son mouvement. Ces parties dynamiques des cellules s'appellent des extensions membranaires. Dans les dix dernières années, des études biochimiques ont révélé plusieurs cascades de signalisation qui sont capables d'activer localement la polymérisation et l'assemblage de l'actine. Cependant, le mécanisme de génération de force est encore discuté. Le principal but du présent projet est de comprendre comment les propriétés microscopiques de filaments individuels peuvent être intégrées à l'échelle de la cellule pour produire des forces. Lors du processus de croissance, l'assemblage des filaments d'actine est coordonné par des protéines du cytoplasme. Ces protéines contrôlent non seulement la dynamique des filaments d'actine, mais aussi sont capables d'organiser les filaments dans des structures hautement ordonnées (par exemple les réseaux ou les câbles), qui sont fondamentales pour la génération de force. L'ordre de grandeur des forces à l'échelle de la cellule a été estimé au nano Newton, alors que la force par filament serait de l'ordre du pico Newton. L'objectif du projet est de comprendre, à la fois le mécanisme microscopique, et le mécanisme macroscopique de génération de force, et aussi de comprendre comment la dynamique de filaments individuels est intégrée à l'échelle de la cellule pour produire forces et mouvements. Le but ultime serait de produire une cellule biomimétique reproduisant l'ensemble des forces exercées par l'assemblage des filaments d'actine au contacte de la membrane. 2-Description du projet, méthodologie : Pour comprendre comment les filaments d'actine, qui ont une épaisseur de quelques nanomètres, peuvent s'organiser en structures dynamiques à une échelle macroscopique de quelques microns, nous combinerons à la fois une approche microscopique et une approche macroscopique, avec les mêmes ingrédients biochimiques. Dans l'approche macroscopique, nous utiliserons des cargos propulsés par l'actine et les observerons en temps réel. Certains de ces systèmes expérimentaux ont été déjà développés dans le groupe Sykes: des billes recouvertes d'activateurs de la polymérisation de l'actine se déplacent une fois placées dans des extraits de cellules ou dans un milieu de protéines purifiées, à la même vitesse que celle des cellules (Bernheim-Groswasser et al, 2002). Le mouvement (type, vitesse) sera analysé en fonction des ingrédients moléculaires présents dans le système, eux-mêmes étudiés en parallèle à une échelle microscopique. De plus, nous développerons des systèmes nouveaux plus proches de la cellule, consistant en des liposomes remplis des ingrédients minimaux nécessaires à la motilité. L'approche microscopique consistera à étudier expérimentalement la croissance de filaments d'actine dans des conditions biochimiques contrôlées par Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (TIRFM) (Michelot et al., 2005). Cette technique nous permettra de suivre des filaments d'actine individuels à l'intérieur de structures ordonnées d'actine. De plus, nous pourrons comprendre comment des processus apparemment aléatoires (polymérisation-dépolymérisation) deviennent organisés en une structure macroscopique. Les deux approches expérimentales seront complémentées par un travail théorique dans le but de proposer un modèle prédictif de la dynamique des systèmes actine. 3-Résultats attendus : Les résultats attendus sont de construire, sur le modèle d'une cellule, un système biomimétique contrôlé qui produit une force et un mouvement. La géométrie de ce système sera soit celle de la cellule (liposome), soit celle d'objets intracellulaires (sur le modèle de Listeria). Le principal résultat de cette approche est que l'on obtiendra une description complète de comment le système fonc