Actine : un acteur de l’architecture cellulaire sous contrôle

Au cours de sa vie, une cellule doit sonder son environnement, adapter sa forme, se mouvoir, se diviser. L’actine, protéine du cytosquelette, permet d’assurer ces actions vitales en s’assemblant et se désassemblant spontanément, continuellement et rapidement sous la forme de filaments. Ces filaments s’organisent et forment des réseaux de faisceaux parallèles ou de mailles entrecroisées. Comment ces architectures moléculaires complexes, indispensables à autant de fonctions cellulaires, sont-elles mises en place ? 

Pour répondre à cette question des chercheurs du CEA, du CNRS, de l’UJF et de l’INRA ont utilisé de façon originale des outils biomimétiques : des micropatterns. Il s’agit de nano-objets en verre de formes géométriques variées sur lesquelles les chercheurs ont déposé des amorces de filaments d’actine, mimant ainsi les différentes dispositions de l’actine au sein de la cellule. Ces micropatterns ont été placés dans un milieu comprenant uniquement les protéines nécessaires à la polymérisation des filaments. Avec cette méthode, les chercheurs ont observé par microscopie à fluorescence que la formation de l’architecture dépend de la géométrie initiale des amorces d’actine. En effet, la disposition initiale de ces amorces détermine les angles de croissance des filaments et leur façon d’interagir pour former des structures complexes. Par exemple, les filaments s’assemblent différemment s’ils sont générés à partir d’une forme en cercle ou en étoile car les distances entre les filaments et leurs orientations respectives sont différentes. Néanmoins, autour d’une même forme géométrique, le réseau formé est toujours semblable. Ce n’est donc pas un phénomène aléatoire.
 
Fort d’une équipe pluridisciplinaire alliant biologistes, physiciens et mathématiciens, les chercheurs ont pu aller plus loin et ont réussi à identifier les lois mécaniques et probabilistes régissant l’assemblage du réseau d’actine. Grâce à un modèle mathématique informatique, ils ont pu prédire les modalités d’assemblage des filaments sur d’autres formes géométriques de micropatterns, modalités qui ont été confirmées expérimentalement. « Grâce à cette compréhension nous sommes capables de contrôler, via la microstructuration de surface des micropatterns, la formation, in vitro, d’architectures biologiques complexes à base d’actine » souligne Laurent Blanchoin, responsable de l’équipe. Il serait notamment possible d’assembler des nanofils selon une géométrie complexe. En greffant des éléments conducteurs, comme des particules d’or, sur les filaments d’actine, on arriverait à concevoir des nano-circuits électroniques en 3 dimensions. Les applications potentielles sont nombreuses. Les portes d’une nouvelle technologie basée sur le vivant s’ouvrent avec cette découverte.

Equipes de recherche :
– Institut de Recherches en Technologies et Sciences pour le Vivant, iRTSV, Laboratoire
de Physiologie Cellulaire et Végétale, CNRS/CEA/INRA/UJF, Grenoble
– Laboratoire Techniques de l’Ingénierie Médicale et de la Complexité, CNRS/UJF,
Pavillon Taillefer Faculté de Médecine, La Tronche.