les protéines mettent les vésicules en mouvement

Créer des cellules artificielles avec des caractéristiques réalistes à partir d’un ensemble minimal de composants est un objectif majeur de la biologie synthétique. Le mouvement autonome est une capacité clé ici, difficile à reproduire dans le tube à essai. Une équipe dirigée par le physicien Erwin Frey, professeur de physique statistique et biologique au LMU, et Petra Schwille de l’Institut Max Planck de biochimie, a maintenant fait une avancée importante dans ce domaine, comme le rapportent les chercheurs dans la revue Physique naturelle.

Les scientifiques sont parvenus à maintenir des vésicules entourées d’une membrane lipidique – appelées liposomes – en mouvement constant sur une membrane de support. Ce mouvement est entraîné par l’interaction de la membrane de la vésicule avec certains modèles de protéines, qui à leur tour nécessitent l’ATP “carburant” biochimique. Ces modèles sont générés par un système connu pour la formation de modèles biologiques : le système protéique Min, qui contrôle la division cellulaire dans le E. coli bactérie. Des expériences dans le laboratoire de Schwille ont montré que les protéines Min de liaison à la membrane du système artificiel s’organisent de manière asymétrique autour des vésicules et interagissent avec elles de manière à les mettre en mouvement. Dans le processus, les protéines se lient à la fois à la membrane de support et aux vésicules elles-mêmes. “Le transport dirigé de grandes vésicules membranaires ne se trouve autrement que dans les cellules supérieures, où des protéines motrices complexes accomplissent cette tâche. Découvrir que de petites protéines bactériennes sont capables de quelque chose de similaire a été une surprise totale”, observe Schwille. “Il est actuellement difficile de savoir non seulement ce que font exactement les molécules de protéines à la surface de la membrane, mais aussi dans quel but les bactéries pourraient avoir besoin d’une telle fonction.”

Deux mécanismes possibles

À l’aide d’analyses théoriques, l’équipe de Frey a identifié deux mécanismes différents qui pourraient être à l’origine du mouvement : “Un mécanisme possible est que les protéines de la membrane de support interagissent avec celles de la surface de la vésicule un peu comme une fermeture éclair et forment ou dissolvent des composés moléculaires dans de cette façon », explique Frey. “S’il y a plus de protéines d’un côté que de l’autre, la fermeture éclair s’y ouvre, tandis qu’elle se referme de l’autre côté. La vésicule se déplace donc dans le sens où il y a moins de protéines.” Le deuxième mécanisme possible est que les protéines liées à la membrane déforment la membrane de la vésicule et modifient sa courbure. Ce changement de forme provoque alors le mouvement vers l’avant.

“Les deux mécanismes sont en principe possibles”, souligne Frey. “Ce que nous savons avec certitude, cependant, c’est que les modèles de protéines sur la membrane de support et sur la vésicule provoquent le mouvement. Cela représente un grand pas en avant sur la voie des cellules artificielles.” Les auteurs sont convaincus que leur système peut servir de plate-forme de modélisation à l’avenir pour le développement de systèmes artificiels avec des mouvements réalistes.