Thèse de Julie Cornet (LPT), octobre 2020


Titre : Étude numérique de la formation de domaines dans les biomembranes : des vésicules biphasiques aux récepteurs viraux

Résumé
La membrane plasmique forme une barrière sélective pour la cellule, mais son rôle va bien au-delà d’une simple frontière. En effet, elle joue un rôle crucial dans les fonctions biologiques telles que l’endo et l’exocytose, la communication cellulaire ou l’adhésion. Il est actuellement largement admis que la répartition spatiale des lipides et des protéines membranaires n’est pas homogène mais que ces composants sont organisés en nanodomaines, qui se sont avérés être des acteurs clés des fonctions biologiques susmentionnées. Combinant des outils analytiques de physique statistique et des simulations numériques, nous proposons dans ce travail un mécanisme physique pour cette organisation membranaire dans un modèle simple de vésicule biphasique. À l’échelle mésoscopique, nous décrivons la membrane avec un mécanisme de couplage composition-courbure. Nous réalisons des simulations Monte Carlo extensives pour différents paramètres de la membrane (concentration, courbure spontanée, affinité du mélange, tension de surface) et étudions ses états d’équilibre. Nous caractérisons la gamme de paramètres conduisant à des modulations de phases en dressant des diagrammes de phases à partir des résultats numériques et les comparons à ceux obtenus précédemment par les techniques analytiques de la théorie des champs. Différentes observables sont mesurées telles que les fonctions de corrélation et les distributions de taille de domaines pour extraire des informations sur les structures membranaires émergentes, telles que leur forme, leur taille ou leur espacement typique. En ce qui concerne la forme des domaines, nous analysons les trajectoires expérimentales de protéines membranaires (récepteurs au VIH) pour quantifier la forme des domaines et la comparer à nos simulations. Afin de proposer un mécanisme pour la structuration de la membrane pertinent à différents échelles, nous effectuons également des simulations de dynamique moléculaire gros-grains (MARTINI) de bicouches lipidiques, incluant des composants générateurs de courbure, à partir desquelles nous extrayons les paramètres physiques membranaires qui peuvent être injectés dans le modèle mésoscopique. Nous étendons notre modèle mésoscopique en étudiant l’effet de forces appliquées à la vésicule, inspirés par le processus de division cellulaire au cours duquel les composants de la membrane se réorganisent et de telles forces sont en jeu.

rechercher sur site