Propulsion induced by actin network
Propulsion par l'actine : Génération de force
Résumé
This thesis has the aim of studying the mechanisms of production of forces induced by the polymerization of actin within the cell. These mechanisms intervene in particular at the time of the displacement and the division of cells. All these activities require deformation of the cell so that it acquires a "polarity". Under the plasma membrane is the "cytoskeleton", an essential structure that maintains the shape of the cell. Actin, the principal component of this system, is a biopolymer that exist in filament and monomer form. Actin filaments are organized into a three-dimensional structure, adapted to the mechanical functions needed by the cell. We analyzed how the growth of an actin gel led to a polarity and to the movement. Then using a biomimetic system, we characterized and described the constraints exerted by the actin gel for the propulsion.
L'actine est une protéine très abondante dans les cellules eucaryotes, c'est un biopolymère qui s'assemble en filaments semiflexibles. La cellule contrôle au travers de protéines spécifiques (Actin Binding Proteins) la dynamique d'assemblage (et de désassemblage) des filaments d'actine, ainsi que l'arrangement de ces filaments en réseaux tridimensionnels. Les réseaux ainsi formés peuvent avoir des structures très variées, allant d'un arrangement en forme de câble où les filaments d'actine sont parallèles entre eux, jusqu'à une structure plus désordonnée en gel dans laquelle les filaments forment un réseau très interconnecté. Ces diverses organisations de l'actine lui permettent de jouer des rôles très divers au sein de la cellule. Parmi ces roles, l'un des plus remarquable est celui qu'elle tient dans la genèse de la morphologie de la cellule. En effet, aux bords de la membrane cellulaire, un réseau d'actine forme une partie du cytosquelette de la cellule et contribue à ce titre au maintient de sa forme. Pour se mettre en mouvement, la cellule doit acquérir une polarité, cela nécessite des restructurations importantes du cytosquelette. Au niveau de la membrane cellulaire, des protéines activent localement la polymérisation de l'actine, ce qui va contribuer à la déformation de la membrane et ainsi au mouvement de la cellule. Nous nous sommes intéressés au cours de cette thèse aux contraintes mécaniques qu'un gel d'actine peut produire. Pour cela nous avons mis au point un système biomimétique constitué d'une goutte d'huile microscopique dont on recouvre la surface avec une protéine qui active la polymérisation de l'actine, comme celles que l'on trouve au niveau de la membrane cellulaire. Lorsque l'on met une telle goutte dans des extraits cellulaires, on observe la croissance d'un gel d'actine autour de la goutte. L'actine finie par former une comète qui propulse la goutte. L'aspect "mou" de la goutte d'huile fait que cette dernière se déforme sous l'action des contraintes qu'exerce le gel l'actine et prend une forme en poire. L'observation de la déformation de la goutte nous renseigne sur l'amplitude et la répartition des contraintes développées par l'actine. Un second aspect de notre travail fut de modifier les propriétés élastiques du gel d'actine formé. Pour ce faire, nous avons ajouté dans les extraits cellulaires une protéine qui réticule les filaments d'actines entre eux. Les résultats que nous avons obtenus sont présentés dans ce manuscrit.
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