Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

MSC : Miglena Angelova, Nicolas Puff, Jean-Baptiste Fournier, Anne-Florence Bitbol.

L’étude de la physiologie des cellules vivantes a révélé un grand nombre d’évènements basés sur les interactions des membranes biologiques (plasmiques et intracellulaires) avec des substances actives endogènes ou des agents exogènes délivrés localement sur une petite partie de ces membranes. Ces molécules actives ou agents chimiques sont probablement en mesure de moduler de manière inhomogène les distributions latérales et transversales des divers constituants de la membrane (lipides, protéines, polysaccharides) induisant des phénomènes spécifiques, qu’on ne peut pas attendre d’un milieu dans lequel seules des interactions homogènes en volume seraient présentes. Ainsi, en appliquant localement une substance susceptible de s’adsorber ou/et de s’insérer dans la membrane, ou bien un enzyme transformant les molécules constitutives de la membrane, il est possible d’altérer localement l’équilibre mécanique de la membrane. L’étude des instabilités de forme résultantes ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la relation entre structure et fonctions dans les membranes biologiques. Par exemple, nous avons mis à jour un nouveau type d’instabilité de courbure, susceptible de déclancher l’éjection d’un tubule croissant exponentiellement vers une source chimique (1). Cette instabilité dynamique est causée par une dilatation locale d’une des deux monocouches de la membrane, relaxant lentement à cause la friction inter-monocouche. Précisemment, le mécanisme est le suivant. Une modification chimique locale des lipides est induite dans l’une des deux monocouches par injection locale d’une solution de NaOH a pH 13. Elle augmente l’aire préférentielle par lipide (et/ou modifie la courbure spontanée des lipides), induisant alors une courbure de la membrane locale et transitoire. Puisqu’une seule des deux monocouches est affectée, la redistribution latérale des lipides de la monocouche exposée est fortement ralentie par la friction inter-monocouche. Ainsi, après une rapide expansion des deux monocouches, l’instabilité se développe en une large déformation, qui relaxe finalement lorsque la monocouche exposée attaint sa densité d’équilibre. Lorsqu’on applique la stimulation chimique sur une surface suffisamment faible, l’instabilité développe une non-linéarité qui produit l’éjection d’un tubule. De manière spectaculaire, le tubule semble viser la source chimique. Un modèle dynamique de la déformation dans le régime linéaire permet d’ajuster la hauteur de l’instabilité en fonction du temps et d’en déduire une mesure du coefficient de friction inter-monocouches. ---- (1) J.-B. Fournier, N. Khalifat, N. Puff end M. I. Angelova. Phys. Rev. Lett. 101, 018102 (2008)