– photo-channels

1-Contexte scientifique et objectifs du projet : Comprendre et contrôler les propriétés de bicouches lipidiques à l'échelle sous micronique est l'enjeu d'intenses développements en biologie comme en physique. Certains assemblages peptidiques produisent des fonctions remarquables et régulent la permeabilité par ouverture de canaux (bactéricides). Récemment, ces principes ont inspiré le développement d'outils macromoléculaires de structures très simple (co-polymères aléatoires amphiphiles dépourvus de structure secondaire). En fonction de leur hydrophobie, ces produits déclenchent la formation de domaines et l'ouverture transitoire de canaux nanométriques, de diamètre bien défini. Ils ont été brevetés pour leur utilisation in-cellulo de vecteurs liposomes transporteurs de médicaments. Nos travaux actuels montrent que ces polymères agissent aussi sur cellules mammifères, en perméabilisant la membrane périplasmique sans la solubiliser. Ces propriétés fondent l'espoir de performances remarquables, tant pour la manipulation de membranes cellulaires et de liposomes thérapeutiques, que vis-à-vis de l'étude de mécanismes non-spécifiques de stabilisation de pores nanométriques. Afin de contrôler et cibler leurs effets pour les applications en biologie cellulaire, nous proposons de conférer à ces macromolécules des propriétés d'hydrophobie réversiblement modulable par la lumière. La souplesse d'action obtenue par photo-stimulation (reversibilité, ciblage) permet un déclenchement d'une précision inaccessible aujourd'hui, et que nous voulons aussi mettre à profit pour accéder à l'étude de la dynamique par laquelle des polymères ancrés stabilisent un pore transmembranaire. - 2-Description du projet, méthodologie : Nous disposons d'essais préliminaires très encourageants montrant la perméabilisation de vésicules géantes (GUVs) en présence de macromolécules amphiphiles. Ces mêmes macromolécules permettent la perméabilisation de cellules (COS, HEK). La modifications de ces polymères par des groupes azobenzene photosensibles est maîtrisée (équipe coordonnatrice). Sur ces bases, nous aborderons en parallèle les deux questions suivantes : (i) définir et caractériser les structures les plus efficace dans l'activation de liposomes et de bicouches de vésicules géantes, (ii) perméabiliser des cellules mammifères et préserver les fonctions intra-cytosoliques (exemple de récepteurs couplés aux protéines G). Sur bicouches et liposomes, nous conduirons notamment l'étude physique de la formation de pores trans-membranaires (conductivité de films noirs, translocation de lipides marqués) et de la physico-chimie de l'ancrage et de la perméabilisation (étude de la couche polymère par corrélation de fluorescence, cinétiques de perméabilisation de GUV par microscopie optique). En pratique, nos laboratoires rassemblent et combinent l'approche du chimiste (conception / adaptation de macromolécules), du physicien (dynamique d'ouverture d'un pore unique transmembranaire), de physico-chimistes (liposomes & colloïdes), et de biologistes (perméabilisation de cellules et préservation de la fonction de récepteurs GPCR). - Si l'hydrophobie de polymères adsorbés est un paramètre critique , on cerne encore mal les principes physiques régissant une réorganisation membranaires limitée à l'échelle de quelques nanomètres. La précision (spatiale et temporelle) et la simplicité inégalables d'une photo-stimulation rendent accessible l'étude fondamentale de la dynamique des phénomènes mis en jeu. Le déclenchement de perméabilisations membranaires par la lumière ouvrira d'autre part la voie à une technologie innovante de poration « douce » car réversible et très ciblée de membranes cellulaires et à de nouveaux vecteurs colloïdaux. - 3-Résultats attendus : (i) Réponse rapide à une exposition UV-proche dans des dispersions de liposomes (perméabilisation déclenchable) et à terme développement de ces outils sur des liposomes vecteurs. (ii) Retour à l'état imperméable (réversibilité)