Comment les particules à interactions complexes s’auto-assemblent-elles ?

Autheurs : Lara Koehler, Pierre Ronceray et Martin Lenz

Résumé :

Le fonctionnement des cellules vivantes repose sur des assemblages moléculaires de protéines. Dans de nombreuses maladies, les protéines s’assemblent également, mais dans des structures fibreuses délétères. Il est toutefois difficile de prédire quelle structure s’auto-assemblera à partir d’une collection de protéines, car leurs interactions résultent d’un mélange de nombreux effets physico-chimiques concurrents. Nous utilisons ici un modèle de cette compétition pour montrer que, malgré sa complexité, elle tend à favoriser un ensemble relativement restreint de structures à grande échelle, allant des fibres aux gouttelettes liquides en passant par les cristaux criblés de trous.

Nous introduisons un modèle minimal de particules auto-assemblées sur un réseau avec 21 paramètres d’interaction indépendants et montrons qu’il produit une gamme de morphologies d’agrégats à l’équilibre dans des simulations numériques. Nous utilisons ensuite l’apprentissage automatique pour montrer que les morphologies résultantes peuvent être regroupées en un petit nombre de catégories ayant la même dimensionnalité d’agrégat et le même ordre d’orientation, et pour identifier un prédicteur simple de l’issue du processus d’assemblage. Les particules ayant des interactions fortement asymétriques peuvent donner lieu à des morphologies rappelant celles que l’on trouve dans les protéines.

Cette étude permet d’identifier les caractéristiques qui déterminent l’émergence d’une structure auto-assemblée à partir d’un ensemble donné d’interactions, ce qui pourrait permettre de mieux comprendre les protéines dans les maladies et inspirer la conception de nanomachines artificielles auto-assemblées.

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.041061