Potential d'action dans un nanotube lipidique: système minimal de signalisation neuronale – ARTIF_NEURON

La physique de la propagation d'un signal électrique dans une membrane lipidique n'est pas complètement comprise. Sur le plan expérimental, la propagation du potentiel d'action le long des axones de neurones a été très étudiée mais d'une part certains paramètres importants (comme le rayon de l'axone, la concentration des canaux à ions..) ne peuvent pas être contrôlés facilement, et d'autre part aucun système biomimétique reconstitué n'a été réalisé à ce jour. Pour toutes ces raisons, l'objectif principal de ce projet est la réalisation d'un tel système biomimétique permettant de propager un signal électrique le long d'un nanotube de membrane lipidique. Le système expérimental sera constitué d'une vésicule lipidique de 30 microns de diamètre contenant des canaux à ions dépendant du potentiel transmembranaire. Un tube sera étiré à partir de cette vésicule de façon mécanique. Les canaux seront alors activés par un signal électrique externe. Les défis principaux de ce projet sont la reconstitution des canaux à ions dans les vésicules géantes et l'application de techniques d'électrophysiologie à ces axones artificiels. Cette approche expérimentale sera étroitement couplée à une approche théorique. Un nouveau cadre théorique sera développé permettant de décrire les effets électro-cinétiques dans une vésicule ou tube de membranes actives contenant des canaux à ions au moyen d'une approche de type Poisson-Nernst-Planck. Cette approche permettra de déterminer les conditions précises pour l'apparition d'un potentiel d'action en fonction de paramètres mécaniques de la membrane ou encore de la concentration en canaux à ions. Une comparaison entre les expériences et la théorie permettra d'apporter une compréhension approfondie de la physique des potentiels d'action. En outre, de nouvelles techniques de biophysique seront développées pour former des nanotubes de membrane contenant des canaux à ions et pour les étudier grâce à des techniques d'électrophysiologie et de microscopie de fluorescence. Ces techniques seront précieuses aux biologistes pour étudier la structure et la dynamique des membranes de lipides, et la propagation des potentiels d'action dans les neurones.