Une nouvelle forme de logistique cellulaire – Technoguide

Des biophysiciens de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) à Munich ont montré qu’un phénomène connu sous le nom de diffusiophorèse, qui peut conduire à un transport de particules dirigé, peut se produire dans les systèmes biologiques.

Afin de remplir leurs fonctions biologiques, les cellules doivent s’assurer que leurs calendriers logistiques sont mis en œuvre sans heurts, de sorte que les cargaisons moléculaires nécessaires soient livrées à leur destination prévue à temps. La plupart des mécanismes de transport connus dans les cellules sont basés sur des interactions spécifiques entre la cargaison à transporter et les protéines motrices consommatrices d’énergie qui transportent la charge jusqu’à sa destination. Un groupe de chercheurs dirigé par le physicien du LMU Erwin Frey (Chaire de physique statistique et biologique) et Petra Schwille de l’Institut Max Planck de biochimie a maintenant montré pour la première fois qu’une forme de transport dirigé de particules peut avoir lieu dans les cellules, voire en l’absence de moteurs moléculaires. De plus, ce mécanisme permet de trier les particules transportées en fonction de leur taille, comme le rapporte l’équipe dans le dernier numéro de Nature Physics.

L’étude se concentre sur le système MinDE de la bactérie E. coli, qui est un modèle établi et important pour la formation de modèles biologiques. Les deux protéines MinD et MinE oscillent entre les pôles de la cellule en forme de bâtonnet et leur interaction mutuelle sur la membrane cellulaire limite finalement le plan de division cellulaire au centre de la cellule. Dans ce cas, les chercheurs ont reconstruit le modèle formant le système MinDE dans le tube à essai, en utilisant les protéines Min purifiées et les membranes artificielles. Comme prévu dans les expériences précédentes, lorsque la molécule riche en énergie ATP a été ajoutée à ce système, les protéines Min ont récapitulé le comportement oscillatoire observé dans les cellules bactériennes. Plus important encore, les expérimentateurs ont ensuite démontré que de nombreux types de molécules pouvaient être capturés dans les ondes oscillatoires lorsqu’elles traversaient les membranes – même des molécules qui n’ont rien à voir avec la formation de motifs et ne se trouvent pas du tout dans les cellules.

Une machine de tri pour l’origami d’ADN

Afin d’analyser plus en détail le mécanisme de transport, l’équipe s’est tournée vers des cargaisons constituées d’origami à ADN et pouvant être ancrées à la membrane. Cette stratégie permet de créer des structures moléculaires de différentes tailles et formes, basées sur des interactions programmables d’appariement de bases entre les brins d’ADN. «Ces expériences ont montré que ce mode de transport dépend de la taille de la cargaison, et que MinD peut même trier les structures en fonction de leur taille», explique Beatrice Ramm, postdoc dans le département de Petra Schwille et co-auteur de la nouvelle étude. . À l’aide d’analyses théoriques, le groupe de Frey a identifié le mécanisme de transport sous-jacent comme la diffusiophorèse – le mouvement dirigé des particules le long d’un gradient de concentration. Dans le système Min, le frottement entre la cargaison et les protéines Min diffusantes est responsable du transport du fret. Ainsi, le facteur crucial dans ce contexte n’est pas un ensemble spécifique d’interactions biochimiques – comme dans le cas du transport via des protéines motrices dans les cellules biologiques – mais les tailles effectives des particules impliquées. «Les particules qui sont plus fortement affectées par le frottement, en raison de leur grande taille, sont également transportées plus loin – c’est ce qui explique le tri en fonction de la taille», explique Andriy Goychuk, également coauteur de l’article.

Avec ces résultats, l’équipe a démontré l’implication d’une forme de transport purement physique (par opposition à biologique) basée sur la diffusiophorèse dans un système de formation de patrons biologiques. “Ce processus est si simple et fondamental qu’il semble probable qu’il joue également un rôle dans d’autres processus cellulaires, et pourrait même avoir été utilisé dans les premières cellules à l’origine de la vie”, explique Frey. “Et à l’avenir, il pourrait également être possible de l’utiliser pour positionner des molécules sur des sites spécifiques au sein de cellules artificielles minimales”, ajoute-t-il.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Ludwig-Maximilians-Universität München. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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