(PhysOrg.com) -- Lorsque vous dépliez une tente pour la première fois, vous vous demandez peut-être comment l'énorme bâche tient dans un sac de la taille d'un ballon de football. Les biologistes s'interrogent sur quelque chose de similaire :lorsqu'une cellule se divise, la surface de la membrane cellulaire augmente. De plus, lorsque les molécules sont amenées d'un organite à un autre à l'intérieur de la cellule, des vésicules de transport enfermées dans une membrane se forment. Pour une mise à disposition rapide des membranes, ils sont stockés au sein des cellules sous forme de nanotubes, structures à membrane tubulaire - de la même manière qu'une bâche qui a été pliée ensemble. Des chercheurs de l'Institut Max Planck des colloïdes et des interfaces de Potsdam ont maintenant découvert un mécanisme utilisé par les cellules pour générer des nanotubes membranaires stables.

Les structures membranaires tubulaires peuvent être trouvées dans de nombreuses zones d'une cellule :dans l'appareil de Golgi, une sorte de station de tri dans laquelle se forment des vésicules de transport; dans les mitochondries, les centrales électriques de la cellule; ou dans le réticulum endoplasmique, un type de réseau de conduits à l'intérieur des cellules. Les tubes ont un diamètre allant de quelques nanomètres (un millionième de millimètre) à quelques micromètres (un millième de millimètre). Plus les tubes sont fins, plus le rapport surface/volume est grand. Ils sont donc idéaux pour stocker beaucoup de membrane dans des espaces plutôt réduits. Les chercheurs pensent que les protéines motrices peuvent utiliser l'énergie pour extraire les nanotubes des membranes cellulaires. « Cependant, les protéines motrices ne se trouvent pas toujours dans les zones de la cellule où se forment les nanotubes membranaires, " dit Rumiana Dimova, chercheur à l'Institut Max Planck des colloïdes et des interfaces et co-auteur de l'étude. Pour cette raison, elle pense qu'il doit y avoir un autre mécanisme pour générer des nanotubes stables.

Les chercheurs basés à Potsdam ont peut-être maintenant trouvé la réponse à l'énigme. « Le mécanisme génère des nanotubes stables sans qu'il soit nécessaire d'exercer des forces sur la membrane. Il semble donc fonctionner sans avoir besoin de protéines motrices, ", dit Dimova. Une partie du mécanisme repose sur un phénomène omniprésent dans le monde des membranes, ce qu'on appelle l'osmose. Si certaines molécules sont présentes en plus grande concentration à l'extérieur de la cellule qu'à l'intérieur de la cellule - c'est-à-dire qu'elles forment une solution dite hypertonique - alors l'eau s'écoulera de la cellule et la cellule se contractera.

Les chercheurs de Potsdam ont reproduit de telles différences de concentration en utilisant des vésicules artificielles de la taille d'une cellule, qui contiennent un mélange de deux polymères, à savoir le polyéthylène glycol (PEG) et le dextrane. « Les biopolymères se trouvent à une concentration tout aussi élevée dans les cellules vivantes, ", dit Dimova. « Pour cette raison, nous considérons la vésicule comme un bon modèle de cellule. » Les chercheurs ont transféré la vésicule dans une solution hypertonique, ce qui a provoqué la libération d'eau de la vésicule et sa diminution de volume.

Cependant, ce qui s'est passé était complètement différent d'un scénario dans lequel, par exemple, un ballon de plage est dégonflé puis s'effondre simplement en une crêpe plate. L'écoulement de l'eau a fait augmenter la concentration des polymères dissous dans la vésicule. Cette, à son tour, provoque la séparation des deux polymères. Par conséquent, deux gouttelettes distinctes de tailles différentes formées dans la vésicule, un peu comme la forme d'un bonhomme de neige avec une grande sphère (contenant principalement des molécules de PEG) et une sphère plus petite (contenant principalement des molécules de dextrane).

A l'aide d'un microscope à fluorescence, les chercheurs basés à Potsdam ont observé que des nanotubes membranaires se formaient dans la zone riche en PEG et s'accumulaient à l'interface entre les deux gouttelettes. Les scientifiques ont montré qu'environ 15 % de la surface de la membrane avait été stockée dans les tubes. La résolution du microscope n'était pas suffisante pour pouvoir déterminer le diamètre des tubes. Cependant, les chercheurs l'estiment à environ 240 nanomètres.

Les chercheurs disposent également d'un modèle explicatif de l'émergence et de la stabilité des nanotubes. Ils ont découvert que des flux de solution de densités différentes sont déclenchés lorsque les polymères sont séparés. Ceux-ci exercent des efforts sur la membrane et contribuent ainsi à la formation des tubes.

La question suivante que les scientifiques ont posée était ce qui fait que les tubes à membrane restent stables. Une analyse théorique des formes de membrane observées a révélé que des tubes stables n'émergent que si les deux côtés de la membrane ont un structure moleculaire. Cette asymétrie est causée par l'interaction entre la membrane et les biopolymères. Il y a une forte concentration de molécules de PEG d'un côté, alors que de l'autre côté il n'y a pas de telles molécules. Parce que le PEG interagit avec les molécules lipidiques à l'intérieur de la membrane, la membrane tente de se courber vers l'intérieur. La formation de nanotubes s'adapte à ce comportement de la membrane cellulaire. Les chercheurs ont observé que les nanotubes disparaissent à nouveau si l'on laisse la vésicule se gonfler à nouveau par osmose.

« Pour les cellules naturelles, il est facile de générer une asymétrie - de la même manière que ce que nous avons vu dans notre expérience, ", dit Dimova. Le biophysicien pense donc que le mécanisme nouvellement découvert pourrait être utilisé dans des cellules vivantes pour stocker la surface membranaire. Cependant, la preuve est toujours en attente.