Membranes biologiques

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.