Pores transitoires, adhésion et fusion des vésicules géantes

Abstract

Les vésicules géantes sont des objets artificiels utilisés pour mimer l’enveloppe lipidique des cellules biologiques, la membrane plasmique, qui sépare l’intérieur de la cellule de son milieu extérieur. Parmi tous les systèmes censés modéliser les membranes biologiques (couches monomoléculaires à l’interface eau/air, bicouches supportées sur un substrat solide, films noirs lipidiques, etc...) les vésicules géantes sont les plus molles et les plus déformables. En effet, leur membrane est une mince couche fluide dont la tension de surface est pratiquement nulle. Néanmoins, elle peut être tendue progressivement par une action extérieure. La tension mécanique qui apparaît alors reste très en deçà des tensions interfaciales usuelles des liquides. Mais, sur des vésicules géantes, la relaxation de cette tension suffit pour provoquer des réorganisations importantes des lipides. Ce travail met en lumière deux types de transformation : i) la rupture transitoire de la membrane, et la fuite du liquide interne à travers un pore macroscopique géant ; ii) la fusion de deux membranes adjacentes, qui passe par les étapes intermédiaires d’hémifusion puis d’un pore de fusion. Les observations expérimentales ont été réalisées principalement en microscopie de fluorescence. Un modèle hydrodynamique simple étudie la dissipation visqueuse à l’intérieur de la membrane et dans le solvant alentour. En parallèle, une nouvelle imagerie mise au point récemment, la microscopie par génération de second harmonique (SHG), apporte des informations complémentaires sur le profil de distance des membranes adhérentes. Enfin, des vésicules géantes décorées par des protéines permettent de s’approcher un peu plus de la réalité de l’adhésion cellulaire.Le chapitre I présente les caractéristiques générales des vésicules, ainsi que les manipulations permettant de les mettre sous tension. Les protocoles expérimentaux sont décrits au chapitre II, pour préparer d’une part des suspensions de vésicules géantes dans différents milieux, d’autre part des traitements de surfaces adhésifs sur le verre. Les méthodes de microscopie optique, nécessaires pour observer les membranes lipidiques avec un contraste optimal, sont détaillées au chapitre III. La suite aborde les deux voies adoptées par les vésicules géantes pour relaxer une tension de surface. Après un bref état de l’art sur les ruptures de bicouches lipidiques, le chapitre IV décrit, sur le plan théorique puis expérimental, la dynamique complète des pores transitoires. Nous verrons en particulier comment la viscosité accrue du milieu augmente à la fois leur durée de vie et leur taille. Le chapitre V ne fait qu’aborder, d’une manière surtout descriptive, les mousses de vésicules géantes. Suivant leur type d’interaction, soit les vésicules restent tendues comme des bulles de savon, soit elles relaxent leur tension, en mélangeant partiellement leurs membranes.