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Passage des protéines à travers la membrane des cellules vivantes

Le comportement des protéines dans une cellule vivante ne peut être étudié de manière exhaustive dans un tube à essai, les conditions de fonctionnement de l'environnement cellulaire comme la complexité des membranes cellulaires ou du cytoplasme ne pouvant être reproduites in vitro. C'est pourquoi des chercheurs de l'Union européenne ont mesuré la mobilité des protéines dans la bactérie Escherichia coli.
Passage des protéines à travers la membrane des cellules vivantes
La vitesse avec laquelle les protéines se déplacent dans une cellule affecte profondément leur fonction biologique comme par exemple la vitesse de réaction enzymatique. Le projet D_IN_VIVO (A general law describing the diffusion of membrane proteins in vivo based on single molecule tracking of membrane proteins in Escherichia coli) a ainsi conçu et développé plusieurs méthodes permettant de mesurer l'impact de la viscosité membranaire.

Au départ, les chercheurs du projet avaient axé leurs travaux sur le taux de diffusion des protéines, en tenant compte du volume spatial des protéines insérées dans la membrane. Cependant, en apprenant qu'un autre projet de recherche travaillait sur une thématique très similaire, les partenaires du projet D_IN_VIVO ont décidé d'étudier l'impact de la viscosité membranaire sur la vitesse du mouvement protéique, une caractéristique encore jamais étudiée.

Pour ces travaux comme pour les précédents, les chercheurs se sont appuyés sur le modèle hydrodynamique de Saffman et Delbrück (SD). Ces méthodes demandaient par ailleurs des compétences dans le suivi, la programmation et la façon de construire/aligner les configurations d'un microscope.

Les chercheurs du projet ont choisi d'utiliser la protéine fluorescente PamCherry à la place de mEos2 pour éviter les problèmes de clignotement. En utilisant les rotors moléculaires développés dans un autre laboratoire de l'Imperial College de Londres, les chercheurs ont pu déterminer la viscosité des membranes plasmiques de bactéries E. Coli vivantes et celle de sphéroplastes et de vésicules à partir d'extraits lipidiques de la bactérie. Ils ont ainsi montré que les émissions de fluorescence dépendaient de la viscosité au sein des rotors moléculaires.

Les résultats de ces recherches ont montré que la viscosité était plus élevée dans les membranes d'E. coli que dans d'autres cellules vivantes comme les cellules eucaryotes ou les cellules végétatives de Bacillus, suggérant ainsi un degré élevé d'ordonnancement des lipides de la membrane en phase liquide. La viscosité correspond bien avec les résultats obtenus par le groupe utilisant le modèle Saffman et Delbrück. Les résultats ont été publiés dans un article de la revue Biophysical Journal.

La viscosité est un paramètre très important de la membrane plasmique car elle contrôle la vitesse de diffusion des petites molécules et des protéines. C'est pourquoi ces recherches nous fournissent des données précieuses qui pourront être exploitées pour estimer la pharmacocinétique d'un médicament ou la vitesse des réactions intracellulaires.

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Mots-clés

Protéines, membranes de cellules vivantes, diffusion, D_IN_VIVO, viscosité