Modélisation des instabilités du cortex d'actine - Institut Curie Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Theoretical modeling of cortical actin instabilities

Modélisation des instabilités du cortex d'actine

Guillaume Salbreux
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 860195

Résumé

The actin cortex is a thin, approximately 1m thick layer of gel attached to the cell lipid bilayer. It is made of a network of actin filaments connected by crosslinking proteins. Actin filaments treadmill in the cortex, being constantly polymerized at the membrane and depolymerized in the bulk. Myosin molecular motors generate internal stresses in the gel and put the actin cortex under tension. The cortex thus gives the cell its mechanical resistance and controls its shape changes. In this thesis we use the active gel model to explore some properties of the actin cortex. The actomyosin system is described at the mesoscopic scale as a viscoelastic material, with nematic or polar order, in which myosins use the energy provided by ATP hydrolysis to produce active stresses, active meaning out of thermodynamical equilibrium. We start by studying how the cortex thickness can be regulated, and we discuss the appearance of active instabilities in the layer. We then use those results to interpret the experimental observation of fibroblast shape oscillations where the cortex is coupled to mechanosensitive calcium channels. The cortex also plays a great role in cytokinesis, during which a contractile ring appears in the equatorial plane of the cell. By including a nematic order parameter in our description, we show that submitting the cortex to an inhomogeneous distribution of myosins should lead to the appearance of a cortical flow and the formation of a ring, as observed in different experimental systems. We end this work by a mechanical analysis of the formation of a single bleb induced by laser ablation of the cortex.
Le cortex d'actine est une fine couche de gel d'une épaisseur de l'ordre du micron, attaché à la membrane lipidique de la cellule. Il est constitué d'un réseau de filaments d'actine qui sont constamment polymérisés à la membrane puis dépolymérisés, dans un mouvement de « tapis roulant ». Des moteurs moléculaires, les myosines, génèrent des contraintes internes dans le gel.Le cortex contrôle ainsi les variations de forme de la cellule. Dans cette thèse nous utilisons le modèle des gels actifs pour explorer certaines propriétés du cortex d'actine. Le gel est décrit a l'échelle mésoscopique comme un matériau viscoélastique nématique dans lequel les myosines utilisent l'énergie fournie par l'hydrolyse de l'ATP pour produire des contraintes actives, c'est à dire plaçant le système hors d'équilibre thermodynamique. Dans un premier temps nous étudions de quelle façon l'épaisseur du cortex peut être régulée, et nous discutons l'apparition d'instabilités actives dans la couche. Nous utilisons l'instabilité du gel ainsi décrite pour interpréter l'observation expérimentale d'oscillations de formes de fibroblastes induites par des canaux calciques mecanosensibles. ­­En incluant un paramètre d'ordre nématique dans notre description, nous montrons que soumettre le cortex à une concentration inhomogène de myosines doit conduire à l'apparition d'un flux de filaments et à la formation d'un anneau, ainsi qu'observé dans plusieurs systèmes expérimentaux, en particulier lors de la cytocinèse. Nous terminons ce travail par une analyse de la mécanique de formation d'un bleb unique induit par une rupture artificielle du cortex par ablation laser.
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Dates et versions

tel-00382577 , version 1 (08-05-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00382577 , version 1

Citer

Guillaume Salbreux. Modélisation des instabilités du cortex d'actine. Biophysique [physics.bio-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00382577⟩
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