De la structure à la bioactivité : étude des effets de confinement dans les vésicules multicompartimentées et multicomposantes

From structure to bioactivity : exploring confinement effects in multicompartment and multicomponent vesicles

• Auteur / Autrice : Clémence Schvartzman
• Direction : Sébastien Lecommandoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 28/11/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Bassereau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Nassoy, Nicolas Martin, Jan C.M. Van Hest
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cornélia Palivan, Christophe Tribet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autoassemblage

Organites

Microfluidique

Interfaces liquide-liquide

Cellules

Mots clés libres

Cellules artificielles

Élastine-Like Polypeptides

Séparation de Phase Liquide-Liquide

Microfluidique

Organites Synthétiques

Auto-Assemblage

Artificial cells

Elastin-Like Polypeptides

Liquid-Liquid Phase Separation

Microfluidics

Organelles Synthetic

Self-Assembly

Résumé

Les cellules artificielles sont conçues pour reproduire les caractéristiques des cellules naturelles, permettant ainsi l’étude de processus biologiques complexes et l'origine de la vie. Au cours des dernières décennies, il y a eu des avancées significatives dans la création de cellules artificielles grâce à des approches ascendantes et descendantes. Divers matériaux tels que les lipides, les polymères, les hybrides lipides/polymères, les membranes cellulaires naturelles, les colloïdes et les coacervats ont été utilisés pour fabriquer de telles cellules artificielles. Ces matériaux peuvent être modifiés en introduisant des protéines et des gènes à la surface de la cellule ou en les encapsulant à l'intérieur de celles-ci afin de leur conférer certaines propriétés. Ces dernières englobent des fonctions telles que la production d'énergie, la croissance et division cellulaire, le transport transmembranaire et la mobilité. Dans le cadre de cette thèse, la compartimentalisation a été notre principal domaine d'intérêt car elle orchestre de nombreuses réactions et fonctions des cellules eucaryotes. Cela implique diverses approches, allant de la co-encapsulation d'organites avec membrane et sans membrane dans une seule vésicule, à la maîtrise de la séparation de phase liquide-liquide des polypeptides thermo-sensibles tels que l'élastine pour assembler des organites sans membrane. Cela a constitué une manière unique d'ajuster dynamiquement des réactions enzymatiques modèles en réponse à un changement de pression osmotique dans des conditions isothermes. Enfin, notre analyse approfondie des interactions entre les enzymes et les coacervats a permis de fournir des explications sur ce processus complexe.

Artificial cells are designed to replicate the characteristics of natural cells, allowing scientists to investigate biological processes and the origin of life. In the last decades, there has been a significant advancement in creating artificial cells through both top-down and bottom-up approaches. Various materials such as lipids, polymers, lipid/polymer hybrids, natural cell membranes, colloids and coacervates have been used to fabricate various artificial cell components. These materials can be modified by introducing proteins and genes onto the cell surface or encapsulating them inside the cells, which determine the properties of artificial cells. These properties encompass functions such as energy generation, cellular growth, morphological alterations, division, transmembrane transportation, environmental responsiveness, and mobility. Herein, compartmentalization has been our main focus of research as it orchestrates every reaction and function of eukaryotic cells. This involved various approaches ranging from the co-encapsulation of membranebound and membraneless organelles within one single vesicle, to controlling the Liquid-Liquid Phase separation of functional thermo-responsive Elastin-Like Polypeptides to assemble membraneless organelles. This has been a unique way to fine-tune enzymatic reactions dynamically as a response to an osmotic change in isothermal conditions. Finally, our in-depth analysis of the interactions between enzymes and coacervates has yielded invaluable insights into this intricate process.