Role des fluctuations actives des membranes dans la regulation de fonctions biologiques – ActFun

Les fluctuations de la membrane cellulaire autour d'une forme en constante évolution, avec des amplitudes pouvant atteindre plusieurs centaines de nanomètres, sont au centre des recherches de la communauté biophysique depuis des décennies. Par conséquent, il est désormais clairement établi qu'elles associent une composante thermique et une composante active, qui varient en fonction de l'état général de la cellule de manière spatialement dépendante. Alors que l'état de la cellule et sa régulation changent en fonction de la fonction physiologique de la cellule, nos travaux récents ont mis en évidence un point commun intriguant entre différents types de cellules : des globules rouges aux macrophages, toutes les cellules présentent un spectre de fluctuation avec des caractéristiques identiques. Cependant, contrairement au lien clairement établi entre la forme de la cellule et la fonction biologique, la signification physiologique des fluctuations membranaires est toujours débattue. L'un des problèmes pour résoudre cette discussion est l'absence d'un système mimétique minimal dans lequel le spectre des fluctuations actives de la membrane peut être reconstitué, manipulé et étudié dans le contexte d'un processus particulier pertinent pour la fonction cellulaire. C'est ce problème que nous voulons résoudre dans ce projet en nous appuyant sur l'expérience de l'équipe française dans la construction de systèmes biomimétiques de cellules actives et sur l'expertise de l'équipe allemande dans la modélisation de ces derniers.

Plus précisément, nous assemblerons des vésicules de la taille d'une cellule encapsulant un extrait cellulaire que nous compléterons avec des éléments du cytosquelette afin d'induire et d'ajuster la dynamique des forces actives. Nous quantifierons les fluctuations active de la membrane qui en résultent en utilisant notre répertoire unique de techniques de microscopie optique avancées. Nous comparerons le système mimétique à des mesures cellulaires indépendantes sur des types de cellules sélectionnés. Nous analyserons nos mesures en utilisant le cadre théorique que nous avons récemment développé pour les membranes actives. Une fois le système mimétique établi, nous combinerons des expériences in vitro et la théorie élaborée ici, pour dévoiler dans quelle mesure les fluctuations de la membrane active régulent l'organisation compositionnelle de la membrane en utilisant des mélanges de lipides/cholestérol qui induisent des séparations de phase. Cela permettra de mieux comprendre le couplage entre la dynamique rapide induite par le cytosquelette dans les fluctuations (mimétiques) de la forme de la cellule et l'organisation de la membrane, qui jusqu'à présent n'a été étudiée qu'avec un couplage statique. Enfin, les vésicules mimétiques seront décorées avec des protéines d'adhésion cellulaire, ce qui permettra d'élucider l'effet du couplage entre les fluctuations actives, les taux d'attachement/détachement pour l'établissement de contacts adhésifs et l'organisation de la membrane. Par conséquent, nous serons en mesure de déduire les régulateurs biophysiques de la structuration de la membrane dans les directions transmembranaire et latérale. Tout en fournissant le cadre théorique des phénomènes observés, nous ferons un grand pas en avant dans la relation entre les solicitations biomécaniques et la régulation de l'état de la cellule.