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Actualités scientifiques


4 septembre 2018


Un modèle élastique complet pour décrire la nanomécanique des membranes cellulaires



Des chercheurs du Laboratoire de physique des solides et du laboratoire Matière et systèmes complexes ont mesuré les interactions entre des canaux de gramicidine dans une bicouche lipidique, composante principale de la membrane cellulaire. À partir de ces mesures, ils ont élaboré un modèle qui décrit de manière réaliste le comportement mécanique des membranes de lipides à l'échelle nanométrique. Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.


Une membrane cellulaire est constituée d'une bicouche de lipides et d’un grand nombre d’inclusions, comme les protéines membranaires. Pour mieux comprendre le comportement mécanique de la membrane, des chercheurs du Laboratoire de physique des solides (LPS, CNRS/université Paris-Sud) et du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/université Paris Diderot), ont étudié un système modèle utilisant des canaux formés par la gramicidine (un antibiotique). Leur objectif était de mettre en évidence et de mesurer les interactions entre canaux, transmises par les propriétés élastiques de la bicouche lipidique, et de construire un modèle théorique capable de rendre compte de l’interaction répulsive entre les canaux, alors qu'un modèle élastique simple prédit une attraction.

Les chercheurs se sont intéressés à l'interface entre le canal protéique et la membrane lipidique. A l'aide de mesures de diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS)*1, interprétées par leur modèle, ils ont mesuré la déformation de la membrane au contact des canaux : l'épaisseur de la bicouche de lipides chute brusquement à proximité du canal, avant de rejoindre sa valeur d’équilibre. L'étude a révélé l’importance de la pente de cette variation d'épaisseur. Avec la bonne valeur de ce paramètre, le modèle théorique décrit très bien le comportement élastique de la membrane. La validité du modèle a été confortée en l'appliquant à des données publiées par d'autres équipes : il a prédit de manière quantitative des résultats obtenus, d'une part par simulation numérique de l’interaction à l’échelle moléculaire, d'autre part par des mesures de conductivité du canal de gramicidine.


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1Les mesures ont été effectuées à l'ESRF, le synchrotron européen de Grenoble.


© LPS - MSC
© LPS - MSC
Diagramme de membranes de phospholipides de plus en plus épaisses (de haut en bas, DLPC, DMPC, DPPC et DSPC) déformées par deux canaux de gramicidine insérés. Le profil de déformation est agrandi d’un facteur trois.



Références :

Coupling between inclusions and membranes at the nanoscale,
F. Bories, D. Constantin, P. Galatola, and J.-B. Fournier.
Physical Review Letters, 120 (12) 128104 (2018)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.128104



Contacts chercheurs :

Doru Constantin - LPS
Paolo Galatola - MSC
Jean-Baptiste Fournier - MSC


Contact communication INSIS :
insis.communication@cnrs.fr



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