Gouttelettes en croissance dans la matrice


Gouttelettes en croissance dans la matrice

Représentation schématique du montage expérimental. Selon la de refroidissement, soit plus de d’huile de taille similaire (à gauche, refroidissement rapide) soit moins de gouttes plus grosses (à droite, refroidissement lent). Crédit photo : MPIDS, Estefania Vidal-Henriquez

Le mécanisme de l’auto-organisation moléculaire a été étudié un nouveau modèle par des chercheurs du Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPIDS). Dans leur étude, ils ont simulé l’influence de facteurs environnementaux tels que la sur la taille des gouttelettes d’huile dans des matrices élastiques. L’étude permettra également de comprendre la formation de gouttelettes dans les cellules biologiques, dans lesquelles les molécules biologiques s’organisent en condensats. L’article complet a récemment été publié dans la célèbre revue PNAS.

En biologie, la régulation correcte de l’intérieur des cellules est cruciale pour assurer le fonctionnement des processus biologiques. Cependant, les cellules peuvent être des structures très complexes avec plusieurs milliers de types de molécules différents et des millions de nombres de copies de protéines. Pour organiser cette énorme complexité, plusieurs mécanismes sont nécessaires pour créer des environnements subcellulaires qui fournissent des conditions à la fois définies et dynamiques. Les organites cellulaires, par exemple, permettent la séparation des environnements cellulaires par démarcation via des membranes. Cependant, une organisation structurée des biomolécules est également nécessaire dans la matrice cellulaire surpeuplée. Des condensats dits biomoléculaires de composition moléculaire définie peuvent s’y former spontanément. Des exemples marquants de ce phénomène sont les granules de stress et les condensats de transcription. Ces condensats sont entourés d’éléments structurels élastiques dans la cellule, y compris le cytosquelette et la chromatine dans le noyau cellulaire. La question est : comment les condensats sont-ils influencés par les structures élastiques et la cellule pourrait-elle utiliser cette interaction pour exercer un contrôle dans l’environnement cellulaire dynamique ?

Un modèle donne accès au domaine de l’organisation moléculaire

Comme il est pratiquement impossible de suivre en temps réel l’interaction détaillée de millions de molécules dans une cellule, les chercheurs utilisent des modèles qui décrivent les différentes facettes du phénomène. « Nous utilisons des gouttelettes d’huile pour représenter le matériau dans le cytosol et un réseau de polymères pour imiter le cadre biologique », explique Estefania Vidal-Henriquez, auteur principal de l’étude. « Le développement dynamique de la taille des gouttelettes dans certaines conditions nous donne des informations sur la façon dont les molécules biologiques s’organiseraient dans un environnement cellulaire. » Le modèle décrit la distribution des différentes tailles de gouttelettes et leur fréquence relative. De plus, cela suppose que la matrice environnante pourrait être brisée – ce qui indiquerait une réorganisation de l’échafaudage biologique. Cela signifie que les condensats biomoléculaires ne sont pas limités par la taille des mailles de leur environnement, mais peuvent croître au-delà.

La séparation de phases comme mécanisme clé

Un concept puissant pour expliquer la croissance de tels condensats est la séparation de phases. Bref, selon les conditions, deux substances sont soit mélangées, soit coexistent séparément. Plusieurs facteurs peuvent influencer la séparation de phases en biologie, tels que : B. pH, concentration ou température. Dans le modèle, les chercheurs ont étudié l’effet de la séparation de phases et de la formation de gouttelettes avec modulation de température. Au fur et à mesure que la température du système diminuait lentement, une nucléation spontanée de gouttelettes d’huile a été observée, qui au fil du temps a grossi en absorbant la matière qui les entourait. Fait intéressant, avec un taux de refroidissement plus rapide, des gouttelettes plus nombreuses mais plus petites apparaissent. La rapidité avec laquelle évolue un facteur d’influence externe joue donc un rôle déterminant dans la formation des structures.

« Avec notre modèle, nous décrivons comment la composition moléculaire peut être arrangée à l’échelle microscopique sur une matrice élastique », résume David Zwicker, auteur principal de l’étude et chef de groupe au MPIDS. Concernant l’effet de la modulation de température, il ajoute : « Nous nous attendons à un comportement similaire pour les condensats biomoléculaires, qui se forment souvent dans les cellules en réponse aux changements de température, de pH ou de concentration en protéines. Le modèle fournit la base pour décrire la formation de motifs microscopiques dans un contexte à la fois technique et biologique.

L’étude a été publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences.


De mystérieuses gouttelettes de cellules deviennent nettes


Plus d’information:
Estefania Vidal-Henriquez et al., La cavitation contrôle la taille des gouttelettes dans les milieux élastiques, Actes de l’Académie nationale des sciences (2021). DOI : 10.1073/pnas.2102014118

Fourni par la Société Max Planck

Citation: Growing droplets in the matrix (2021, 4 octobre), consulté le 4 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-droplets-matrix.html

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