Membranes biologiques

Responsable : K. Sengupta, E. Helfer, F. Thibaudau

Présentation

Les principes de l'adhésion de membranes modèles.

Responsables scientifiques: K. Sengupta; F. Thibaudau

Doctorant:  Ahmed Abdurahman

Postdocs: M. Arif Kamal (2014-2016), Arnauld Hemmerlé (2016-2018)

Collaboration: Ana smith (Univ. Erlangen, Allemagne)

Financements: AMIDEX AFFINITY (2015-2019), ANR-DFG MICRO-CJ (2019-2023)

Nous avons récemment montré qu'à partir du spectre des fluctuations enregistrées avec les techniques expérimentales précédemment développées dans l'équipe, il est possible de mesurer le potentiel d'interaction membranaire. Nous avons également montré que les fluctuations transversales peuvent moduler la nucléation et la croissance des domaines d'adhésion latérale. En outre, nous avons utilisé des oligomeres d'ADN solubles pour imiter la liaison entre les organelles intracellulaires et montré que la physique de ce système est très différente de celle de l'adhésion cellulaire avec des ligands dans la membrane. Actuellement, nous explorons la nucléation et la croissance des domaines d'adhésion dans le contexte des liaisons faibles où l'entropie peut dominer l'enthalpie générée par la formation des liaisons.

Système reconstitué avec des membranes modèles pour étudier l’adhésion cellulaire.

Responsables scientifiques: K. Sengupta; E. Helfer

Doctorante:  M. Souissi (2019-2022)

Collaboration : Christophe Le Clainche (I2BC Gif-sur-Yvette, France)

Financement: ANR RECAMECA (2019-2022)

Souvent, l'objectif principal de la recherche sur l'adhésion cellulaire est d'identifier les protéines d'adhésion et les voies de signalisation pertinentes. Cependant, pour une description complète, il est essentiel de comprendre également la physique et la physico-chimie des processus qui régissent l'adhésion – ce qui n’est pas facile dans le contexte des complexités associées à une cellule vivante. Une façon de résoudre ce problème est d’utiliser des membranes modèles fonctionnalisées pour imiter la membrane cellulaire. Une percée importante a été l'intégration réussie de l’intégrine, protéine transmembranaire d’adhésion, dans des membranes lipidiques synthétiques. Nous sommes en train d'explorer de nouveaux protocoles pour fabriquer des vésicules dérivées de cellules qui contiennent les protéines d'adhésion transmembranaires endogènes.

Forme et dynamique de vésicules sous écoulement : théorie et simulation

Responsable scientifique: M. Leonetti

Collaboration : P. G. Chen, M. Jaeger (M2P2, Marseille, France)

Une vésicule est une goutte enrobée par une bicouche lipidique. Ce système a été très étudié par sa possibilité de mimer certaines propriétés des globules rouges. Elle a des propriétés membranaires originales - résistance à la flexion et incompressibilité locale – ce qui confère à la vésicule une zoologie de dynamiques spatiotemporelles sous écoulement encore mal comprises. Nous étudions théoriquement et numériquement la stabilité des vésicules sous écoulement et sous champ électrique. Pour cela, nous avons développé un code numérique dédié associant la méthode de éléments finis et la méthode des éléments de frontière. Les instabilités sont étudiées dans le cadre de la physique non linéaire et de la matière molle. Les résultats peuvent permettre de mieux comprendre l’universalité des formes observées des globules rouges en microcirculation.

Encapsulation

Responsable scientifique: M. Leonetti

A - Dynamique, forme, plissement et rupture d’une capsule élastique

Doctorant: P. Regazzi

Financement: CNES

L’encapsulation est une manière simple de protéger, transporter et délivrer des principes internalisés mais aussi de structurer l’espace. Cela concerne des domaines très divers comme l’agro-alimentaire, la cosmétique, les nouveaux matériaux pour le bâtiment ou la médecine. Les capsules étudiées sont des gouttelettes limitées par un film fin de polymères (coque) et plongées dans un liquide. Les propriétés structurales et mécaniques de tels objets sont encore mal connues:  lois de comportement, modules élastiques et visqueux, rupture, dynamique... Le comportement de ce système élastique fermé est gouverné par le couplage à l’interface ente le saut de contraintes visqueuses et la réponse élastique de la coque (appelée aussi peau ou membrane suivant le domaine). Il existe peu de résultats expérimentaux.

Nous nous intéressons à la rupture des capsules en fonction de la nature de sa membrane, les instabilités de plissement et la dynamique spatiotemporelle de la forme par une analyse multi-échelle.

B – Interactions entre capsules, comportements collectifs

La forte déformation des capsules en écoulement induit des interactions hydrodynamiques plus complexes qu’entre particules rigides. A cela, il est nécessaire d’ajouter les interactions colloïdales ainsi que la friction, ingrédients clés pour la compréhension de la rhéologie des suspensions de particules rigides. Nous nous proposons d’étudier l’implication de l’ensemble de ces contributions aux cas des interactions binaires et plus largement en suspension.

 

Adhésion de Lymphocyte T.

Responsable scientifique: K. Sengupta

Doctorants:  Remy Torro, Aya Nassereddine (2018-2021), Celine Dinet (2016-2019), Emmanuelle Benard (2015-2018), Pierre Dillar (2011-2016)

Postdocs: Zakaria Marmri, Fuwei Pi (2011-2013)

Collaboration : Laurent Limozin (LAI, Marseille, France)

Financements: SATT (2019- ), CENTURI (2019 - ), ERC (SYNINTER 2013-2017), ATER AMU (2018), AMU ED 352 PhD grant (2014-2017), Region PACA (MadNano 2011-2013), PhD grant AMU (2011-2014)

Nous avons développé des techniques innovantes de nano-structuration de surface pour manipuler des cellules vivantes afin de révéler certains aspects de l'adhésion cellulaire. Ces surfaces présentent des îlots de protéines d'activation cellulaire régulièrement espacés, de taille nanométrique ou submicronique, avec lesquels les cellules peuvent être amenées à interagir. Elles sont imagées par des techniques microscopiques de surface avancées qui peuvent ne pas être applicables à la structuration plus habituelle avec des nanoparticules métalliques. En utilisant ces surfaces, nous avons montré que le comportement à l'échelle cellulaire des lymphocytes T est régi par la densité moyenne des protéines et non par l’organisation à l'échelle nanométrique, qui a cependant un fort impact sur l’organisation local de la membrane. En utilisant une nouvelle technique d'analyse par IA, nous avons montré que l'organisation de l'actine reste cependant sans effet même localement.

Chercheurs

Enseignants-chercheurs

Post-doctorants

Publications

2023

Transit Time Theory for a Droplet Passing through a Slit in Pressure-Driven Low Reynolds Number Flows

Spencer W Borbas, Kevin Shen, Catherine Ji, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer, Zhangli Peng

Micromachines 14:2040 (2023)10.3390/mi14112040

Classification of red cell dynamics with convolutional and recurrent neural networks: a sickle cell disease case study

Maxime Darrin, Ashwin Samudre, Maxime Sahun, Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Vincent Cohen-Addad, Sophie Giffard-Roisin

Scientific Reports 13:745 (2023)10.1038/s41598-023-27718-w

Enhanced cell viscosity: a new phenotype associated with lamin A/C alterations

Cécile Jebane, Alice-Anaïs Varlet, Marc Karnat, Lucero Hernandez- Cedillo, Amélie Lecchi, Frédéric Bedu, Camille Desgrouas, Corinne Vigouroux, Marie-Christine Vantyghem, Annie Viallat, Jean-François Rupprecht, Emmanuèle Helfer, Catherine Badens

iScience 26:107714 (2023)10.1016/j.isci.2023.107714

Probing mechanical interaction of immune receptors and cytoskeleton by membrane nanotube extraction

Fabio Manca, Gautier Eich, Omar N’dao, Lucie Normand, Kheya Sengupta, Laurent Limozin, Pierre-Henri Puech

Scientific Reports 13:15652 (2023)10.1101/2022.09.15.508080

Physical mechanisms of red blood cell splenic filtration

Alexis Moreau, François Yaya, Huije Lu, Anagha Surendranath, Anne Charrier, Benoit Dehapiot, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Zhangli Peng

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2023)10.1101/2023.01.10.523245

Talin and kindlin cooperate to control the density of integrin clusters

Julien Pernier, Marcelina Cardoso Dos Santos, Mariem Souissi, Adrien Joly, Hemalatha Narassimprakash, Olivier Rossier, Grégory Giannone, Emmanuèle Helfer, Kheya Sengupta, Christophe Le Clainche

Journal of Cell Science 136:jcs260746 (2023)10.1242/jcs.260746

Analytical theory for a droplet squeezing through a circular pore in creeping flows under constant pressures

Zhengxin Tang, François Yaya, Ethan Sun, Lubna Shah, Jie Xu, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer, Zhangli Peng

Physics of Fluids 35:082016 (2023)10.1063/5.0156349

2022

Dynamics of Individual Red Blood Cells Under Shear Flow: A Way to Discriminate Deformability Alterations

Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat

Frontiers in Physiology 12 (2022)10.3389/fphys.2021.775584

First-Principle Coarse-Graining Framework for Scale-Free Bell-Like Association and Dissociation Rates in Thermal and Active Systems

Josip Augustin Janeš, Cornelia Monzel, Daniel Schmidt, Rudolf Merkel, Udo Seifert, Kheya Sengupta, Ana-Sunčana Smith

Physical Review X 12:031030 (2022)10.1103/PhysRevX.12.031030

Physics of Organelle Membrane Bridging via Cytosolic Tethers is Distinct From Cell Adhesion

Mohammad Arif Kamal, Josip Augustin Janeš, Long Li, Franck Thibaudau, Ana-Sunčana Smith, Kheya Sengupta

Frontiers in Physics 9:750539 (2022)10.3389/fphy.2021.750539

May the force be with your (immune) cells: an introduction to traction force microscopy in Immunology

Farah Mustapha, Kheya Sengupta, Pierre-Henri Puech

Frontiers in Immunology 13:898558 (2022)10.3389/fimmu.2022.898558

A Rare Mutation in LMNB2 Associated with Lipodystrophy Drives Premature Cell Senescence

Alice-Anaïs Varlet, Camille Desgrouas, Cécile Jebane, Nathalie Bonello-Palot, Patrice Bourgeois, Nicolas Levy, Emmanuèle Helfer, Noémie Dubois, René Valero, Catherine Badens, Sophie Beliard

Cells 11:50 (2022)10.3390/cells11010050

2021

Biomechanics as driver of aggregation of tethers in adherent membranes

Long Li, Mohammad Arif Kamal, Bernd Henning Stumpf, Franck Thibaudau, Kheya Sengupta, Ana-Sunčana Smith

Soft Matter 17:10101-10107 (2021)10.1039/d1sm00921d

Ligand Nanocluster Array Enables Artificial-Intelligence-Based Detection of Hidden Features in T-Cell Architecture

Aya Nassereddine, Ahmed Abdelrahman, Emmanuelle Benard, F. Bedu, Igor Ozerov, Laurent Limozin, Kheya Sengupta

Nano Letters 21:5606-5613 (2021)10.1021/acs.nanolett.1c01073

Thermoplasmonics of metal layers and nanoholes

Benoit Rogez, Zakaria Marmri, Franck Thibaudau, Guillaume Baffou

APL Photonics 6:101101 (2021)10.1063/5.0057185

On the control of dispersion interactions between biological membranes and protein coated biointerfaces

Kheya Sengupta, Robert Blackwell, Arnaud Hemmerle, Andreas Baer, Matthias Späth, Wolfgang Peukert, Drew Parsons, Ana-Sunčana Smith

Journal of Colloid and Interface Science 598:464-473 (2021)10.1016/j.jcis.2021.02.078

Integrin-Functionalised Giant Unilamellar Vesicles via Gel-Assisted Formation: Good Practices and Pitfalls

Mariem Souissi, Julien Pernier, Olivier Rossier, Gregory Giannone, Christophe Le Clainche, Emmanuèle Helfer, Kheya Sengupta

International Journal of Molecular Sciences 22:6335 (2021)10.3390/ijms22126335

2020

Mechanical adaptation of monocytes in model lung capillary networks

Jules Dupire, Pierre-Henri P Puech, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 117:14798 (2020)

Molecular and Mechanobiological Pathways Related to the Physiopathology of FPLD2

Alice-Anaïs Varlet, Emmanuèle Helfer, Catherine Badens

Cells 9:1947 (2020)10.3390/cells9091947

2019

Self-organization of red blood cell suspensions under confined 2D flows

Cécile Iss, Dorian Midou, Alexis Moreau, Delphine Held, Anne Charrier, Simon Mendez, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer

Soft Matter (2019)10.1039/C8SM02571A

Biphasic mechanosensitivity of T cell receptor-mediated spreading of lymphocytes

Astrid Wahl, Céline Dinet, Pierre Dillard, Aya Nassereddine, Pierre-Henri Puech, Laurent Limozin, Kheya Sengupta

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 116:5908-5913 (2019)10.1073/pnas.1811516116

2018

T Cells on Engineered Substrates: The Impact of TCR Clustering Is Enhanced by LFA-1 Engagement

Emmanuelle Benard, Jacques Nunès, Laurent Limozin, Kheya Sengupta

Frontiers in Immunology 9 (2018)10.3389/fimmu.2018.02085

Lamellipod Reconstruction by Three-Dimensional Reflection Interference Contrast Nanoscopy (3D-RICN)

Marie-Julie Dejardin, Arnaud Hemmerle, Anais Sadoun, Yannick Y. Hamon, Puech Pierre-Henri, Kheya Sengupta, Laurent Limozin

Nano Letters 18:6544-6550 (2018)10.1021/acs.nanolett.8b03134

When giant vesicles mimic red blood cell's dynamics: swinging of two-phase vesicles in shear flow

Simon Tusch, Etienne Loiseau, Al-Hair Al-Halifa, Kamel Khelloufi, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat

Physical Review Fluids 3 (2018)10.1103/PhysRevFluids.3.123605

2017

Printing functional protein nano-dots on soft elastomers: from transfer mechanism to cell mechanosensing

Ranime Alameddine, Astrid Wahl, Fuwei Pi, Kaoutar Bouzalmate, Laurent Limozin, Anne Charrier, Kheya Sengupta

Nano Letters 17:4284-4290 (2017)10.1021/acs.nanolett.7b01254

Ligand Nano-cluster Arrays in a Supported Lipid Bilayer

Emmanuelle Benard, Fuwei Pi, Igor Ozerov, Anne Charrier, Kheya Sengupta

Journal of visualized experiments : JoVE 122:e55060 (2017)10.3791/55060

Membrane fluctuations mediate lateral interaction between cadherin bonds

Susanne Fenz, Timo Bihr, Daniel Schmidt, Rudolf Merkel, Udo Seifert, Kheya Sengupta, Ana-Sunčana Smith

Nature Physics 13:906-913 (2017)10.1038/NPHYS4138

High Aspect Ratio Sub-Micrometer Channels Using Wet Etching: Application to the Dynamics of Red Blood Cell Transiting through Biomimetic Splenic Slits

Priya Gambhire, Scott Atwell, Cécile Iss, Frédéric Bedu, Igor Ozerov, Catherine Badens, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Anne Charrier

Small 13:1700967 (2017)10.1002/smll.201700967