La complexité cellulaire à la lumière de la
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La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires La complexité cellulaire à la lumière de la physique Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule J.F. Joanny Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Physico-Chimie Curie Institut Curie Marathon des Sciences août 2013 Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Organelles et Cytosquelette La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Fonction des moteurs moléculaires La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Protéines motrices Contraction des muscles (myosines II) Cils, flagelles et axonèmes (Dynéine) Mitose Transport intracellulaire(kinésine, myosine V) Cellules de l’oreille interne (Myosine 1c) Moteurs rotatifs Structure des moteurs moléculaires Expériences sur molécules uniques La complexité cellulaire à la lumière de la physique Moteurs processifs, Tests de bille Pas des moteurs Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Cappello Détachement du moteur Processivité ∼ 1µm Pas à la période des microtubules Force d’arrêt 6pN Block Pas en arrière Vitesse 1µm/s Processivité 200 pas Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Processivité et tests de motiltié La complexité cellulaire à la lumière de la physique Test de motilité Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Processivité Taux d’accrochage et de décrochage kon , koff Duty ratio r = kon kon +koff Fraction de moteurs liés r , 1/r moteurs par filament Les myosines non-processives r = 0.02. Filaments de myosines Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Mouvement de cellules Kératocytes, Verkhovsky La complexité cellulaire à la lumière de la physique Mouvement de lamellipode Joanny Fragments cellulaires Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Mouvement rapide : 10µm/min. Lamellipode plat Fragments de Kératocyte : actine +myosine II Elasticité d’une cellule, Asnacios La complexité cellulaire à la lumière de la physique Mesure de fluage Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group La complaisance de fluage augmente avec un exposant faible J(t) ∼ t 0.24 Module complexe G(ω) ∼ ω 0.24 . Large distribution de temps de relaxation Effet actif Gels actifs in vitro, G.Koenderink La complexité cellulaire à la lumière de la physique Gel Actine-Myosine Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Croissance de la contrainte active Gel d’actine-myosine dans un capillaire de 400µm de diamètre Propriétés mécaniques des cellules Accéléré 180 fois Matière active ATP introduit à t = 0. La contrainte de tension augmente avec le temps Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Systèmes actifs La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Tissus Colonies de bactéries Kessler, Goldstein Vibrated granular materials Menon et al. Colloïdes actifs, Nématiques actifs Ramaswamy et al. Bancs d’oiseaux et de poissons Vicsek, Toner, Chaté, Carere Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Tissus épithéliaux La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure épitheliale Division cellulaire Differentiation cellulaire Cellules apoptotiques Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Division cellulaire et apoptose Taux de division kd (ρ, etat biochimique) Taux d’apoptose ka (ρ, etat biochimique) Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Mécanique des tissus Comportement solide Comportement liquide Aknowledgements Liquide visco-élastique, temsp de relaxation T Curie Theory Group Comportement plastique Description microscopique et macroscopique des tissus La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Description microscopique Analogie avec les mousses Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Bellaiche, Graner Numerical simulations Description hydrodynamique continue Grandes distances, temps longs Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Equation constitutive pour déterminer le champ de contrainte Pression homéostatique F.Montel, M.Delarue La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Expérience de croissance Expériences indirectes Sac de dialyse Pression exercée par le Dextrane Expériences directes Sphéroïde en contact avec une solution de Dextrane Pas de pénétration du Dextrane dans le sphéroïde Croissance de surface La complexité cellulaire à la lumière de la physique Dépendance en pression Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus ∂t V = (kd − ka )V + 4π( Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Effet des nutriments Effet d’encombrement 3 2/3 ) δks λV 2/3 4π Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Cryptes et Villi La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Transition de flambage E. Hannezo La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Ecoulement dans la couche de cellules Division dépend de pression et courbure locale Equilibre des forces dans la monocouche Tension locale négative γ = γ0 − pw, γ0 = Ph hc Flambage Equilibre des forces dans la direction verticale 1 Seuil de flambage γc = (3KEs2 ) 3 1 Longueur de flambage λc = 2π (K /Es ) 3 , λ ∼ 100µm Petit intestin et Colon La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Petit intestin : faible couplage à la courbure Colon : Fort couplage à la courbure Structure des villi La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Transition entre structures Même motif des papilles de la peau La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Motif hexagonal Polarité inversée Outline La complexité cellulaire à la lumière de la physique 1 Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule 2 Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active 3 Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Instabilité des tubes cellulaires La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Structure de la cellule Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Propriétés mécaniques des tissus Onde stationnaire artérielle Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Aknowledgements Curie Theory Group Trachée de la drosophile Dysplasie Fibromusculaire Curie Theory Group La complexité cellulaire à la lumière de la physique Joanny Moteurs moléculaires Thomas Risler Structure de la cellule Philippe Marcq Jacques Prost Moteurs moléculaires dans la cellule Cytosquelette Propriétés mécaniques des cellules Matière active Christoph Erlenkämper Jonas Ranft Pierre Recho Propriétés mécaniques des tissus Tisssus solides et liquides Villi de l’intestin Structures cellulaires tubulaires Edouard Hannezo Aknowledgements Curie Theory Group Hervé Turlier Alexandre Mamane
