Electrofusion de vésicules lipidiques

Electrofusion de vésicules lipidiques
C. Mauroy ; équipe Biophysique Cellulaire IPBS
Les membranes biologiques sont des systèmes moléculaires organisés constituées de deux
monocouches de lipides dans lesquelles sont insérées des protéines transmembranaires. Ces
membranes forment des enveloppes imperméables efficaces dans la compartimentation de la cellule
tout en assurant une grande diversité de fonctions d’échange entre ces compartiments.
Les fusions membranaires, processus vitaux dans les systèmes biologiques, sont une des
nombreuses fonctions biologiques réalisées au niveau de la membrane plasmique. Elles sont
assurées grâce à l’intervention de protéines transmembranaires. L’entrée de virus enveloppés dans
une cellule hôte ou bien les processus d’endocytoses passent par une étape de fusion. Le processus
de fusion membranaire entraîne une déstructuration de l’organisation en bicouche lipidique de la
membrane plasmique du fait du passage de deux bicouches à une unique bicouche. La fusion
nécessite la coalescence de deux membranes en contact. Ceci entraîne alors le mélange des lipides
initialement présents dans chaque membrane ainsi que le mélange des compartiments aqueux
emprisonnés par les deux membranes.
Il a été montré que l’application d’un champ électrique externe peut induire un état de
perméabilisation transitoire de la bicouche. Lorsque deux systèmes membranaires sont
suffisamment proche l’un de l’autre, cet état de déstabilisation membranaire permet alors la fusion
des deux systèmes (Haluska, Riske et al. 2006). Il a déjà été montré la faisabilité de faire fusionner
des vésicules lipidiques avec des cellules (Seibicke, Zimmermann et al. 1988; Ramos, Bonato et al.
2002). Cependant, les mécanismes d’électrofusion des membranes ne sont toujours pas
complètement compris. Nous proposons dans ce stage d’étudier la fusion induite par un champ
électrique externe entre deux systèmes membranaires de tailles différentes.
Devant la complexité des membranes cellulaires, on se propose d’étudier la fusion entre deux
systèmes lipidiques modèles de tailles différentes, les vésicules lipidiques unilamellaires géantes
(GUVs) et les larges vésicules unilamellaires (LUVs). En effet, la composition lipidique de ces deux
modèles peut être contrôlée. De plus, les GUVs ont une distribution de taille semblable à celle des
cellules alors que les LUVs sont de plus petites vésicules, ce qui permettra d’étudier les mécanismes
de fusion existant entre deux systèmes membranaires de tailles différentes. Des techniques de
microscopie de fluorescence en champ large et confocale seront utilisées pour détecter et
comprendre le processus de fusion entre ces deux systèmes.
Techniques utilisées : électroformation de GUVs, formations de liposomes, microscopie de
fluorescence (microscopie en champ large et confocale,), électroperméabilisation.
Haluska, C. K., K. A. Riske, et al. (2006). "Time scales of membrane fusion revealed by direct imaging
of vesicle fusion with high temporal resolution." Proc Natl Acad Sci U S A 103(43): 15841-
15846.
Ramos, C., D. Bonato, et al. (2002). "Spontaneous lipid vesicle fusion with electropermeabilized
cells." FEBS Lett 518(1-3): 135-138.
Seibicke, S., H. P. Zimmermann, et al. (1988). "Fusion of lipid vesicles with ascites tumor cells and
their lipid-depleted variants. Studies with radioactive- and fluorescent-labeled vesicles."
Biochim Biophys Acta 944(3): 487-496.