Hémifusion de vésicules géantes : caractérisation d'un état intermédiaire vers la fusion, en présence de forces spécifiques

• Auteur / Autrice : Julien Heuvingh
• Direction : Sophie Cribier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Membranes modèles

Lipides

Résumé

Nous avons étudié l'interaction entre deux vésicules géantes pour modéliser la fusion membranaire, un processus biologique impliqué entre autres dans l'infection virale et la communication intra- et extracellulaire. La fusion dans la cellule est déclenchée par l'action de protéines fusogènes qui, dans une des étapes, rapprochent deux membranes opposées jusqu'à une faible distance intermembranaire. Dans notre système, le rapprochement des membranes est induit par l'attraction spécifique entre lipides portant des nucléotides adénine et thymine sur leur tête. Nous avons estimé numériquement la distance d'équilibre entre deux bicouches, elle décroît de 2,6 nm sans forces spécifiques à 1,4 nm en présence de forces spécifiques. Deux vésicules sont micromanipulées afin d'être placées en contact. Un mélange partiel des lipides et une indépendance des milieux internes sont observés en microscopie de fluorescence. Le mélange partiel des lipides est quantifié; il correspond à un mélange complet des monocouches externes avec une indépendance des monocouches internes. Ces observations caractérisent un état intermédiaire vers la fusion: l'hémifusion. La cinétique de redistribution des lipides entre les deux vésicules est mesurée; elle est indépendante de la proportion de lipides fonctionnalisés, mais s'accorde bien dans la plupart des cas à un modèle de diffusion sur une "cacahouète ". Cet accord est compatible avec la présence d'au moins quelques pédoncules à l'interface entre les vésicules. Des événements de fusion complète sont parfois observés, ce qui nous ouvre des perspectives pour obtenir une fusion complète de manière reproductible.

We studied the interaction between two giant vesicles to model membrane fusion, a biological process involved in viral infection and in intra- and extra-cellular communication. Fusion in the cell is induced by the action of fusogenic proteins which bring closer two opposing membranes to a short intermembrane distance. In our system, the bringing together of the membranes is induced by a specific attraction between functionalized lipids carrying adenine or thymine nucleotides on their head. We numerically estimated the equilibrium distance between two membranes, which decreases from 2. 6 nm without specific forces to 1. 4 nm when specific forces are present. Two vesicles are micromanipulated in order to place them into contact. A partial mixing of the lipids and an independence of the inner mediums are observed by fluorescence microscopy. The partial mixing of the lipids is quantified; it corresponds to a complete mixing of the external monolayers with an independence of the internal monolayers. These observations are characteristic of an intermediate state towards fusion: hemifusion. The kinetics of redistribution of the lipids between the two vesicles is measured; it is independent of the proportion of functionalized lipids, but agrees well in most cases with a model of diffusion on a "peanut". This agreement is consistent with the presence of at least a few stalks at the interface between the vesicles. Some full-fusion events are sometimes observed, which open up new prospects for obtaining reproducible full-fusion in our system