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Un ressort moléculaire déforme la membrane de la cellule

11 décembre 2015

LPTMS - UMR 8626

Une collaboration entre des biologistes, des biochimistes et un physicien a permis d’élucider un nouveau mécanisme de déformation des membranes cellulaires.

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La membrane d’une cellule se déforme à la demande, notamment lors de la division cellulaire ou lorsqu’un virus tel que le VIH se détache de la cellule. Dans les deux cas, on doit la déformation de la membrane à un ensemble de protéines, appelé complexe ESCRT-III, dont l’assemblage et l’action étaient jusqu’à présent mal compris. Les mécanismes en jeu viennent d’être élucidés par une collaboration entre des biologistes du département de Biochimie de l’Université de Genève et de l’Inserm et un physicien du Laboratoire de physique théorique et modèles statistiques - LPTMS (CNRS/Univ. Paris-Sud). Ils ont montré que ce complexe protéique, qui agit comme un ressort moléculaire, forme de multiples spirales à la surface de la cellule et déforme la membrane en se détendant. Ce travail est publié dans la revue Cell.

Dans ce travail multidisciplinaire, les méthodes de la physique théorique ont permis de déterminer la dynamique des processus moléculaires à l’œuvre dans l’assemblage des protéines du complexe à partir des mesures obtenues à plus grande échelle par les biologistes. Ces observations concernaient d’une part la dynamique globale de croissance, c’est-à-dire la vitesse à laquelle augmente l’aire occupée par le complexe protéique, et d’autre part l’état final obtenu à la fin de la croissance : un assemblage de multiples spirales de tailles variées. Deux processus élémentaires suffisent pour expliquer ces observations : la croissance individuelle de chacune des spirales et la nucléation d’une nouvelle spirale sur le bord d’une spirale déjà existante. Une analyse théorique et des simulations numériques ont permis de déterminer la vitesse de croissance des spirales ainsi que la probabilité d’apparition d’une nouvelle spirale. Le résultat des simulations est en excellent accord avec les mesures expérimentales, tant pour la dynamique de croissance que pour la distribution de taille des spirales. Une analyse des forces présentes au sein des spirales a ensuite permis de déterminer l’énergie mécanique de compression stockée dans le ressort qu’elles forment et de montrer que cette énergie est suffisante pour provoquer les déformations de la membrane cellulaire. Sur ces deux points, l’appareillage conceptuel ainsi que la recherche d’unification propre à la physique théorique ont apporté un éclairage précieux aux questions que se posaient les biologistes.

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Image de microscopie électronique montrant la structure de plusieurs spirales formées par les filaments d’ESCRT-III liées à une membrane imitant celle de la cellule. © UNIGE

En savoir plus

Relaxation of Loaded ESCRT-III Spiral Springs Drives Membrane Deformation
N. Chiaruttini1, L. Redondo-Morata3, A. Colom1,2,3, F. Humbert1, M. Lenz4, S. Scheuring3 et A. Roux1, Cell (2015)

Contact chercheur

Martin Lenz, chargé de recherche CNRS

Informations complémentaires

1 Department of Biochemistry, University of Geneva
2 Swiss National Centre for Competence in Research Programme Chemical Biology
3 Unité Inserm 1006
4 Laboratoire de physique théorique et modèles statistiques (LPTMS)

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Marie Signoret,
Marine Charlet-Lambert,
inp.com cnrs.fr