Les cellules, les éléments constitutifs de notre corps, sont encapsulées par des membranes. Il en va de même pour les compartiments spécialisés au sein de nos cellules.

Ces membranes sont extrêmement fines, films gras, contenant des protéines et des molécules grasses appelées lipides. Depuis des décennies, les scientifiques ont discuté de la façon dont les membranes cellulaires organisent et maintiennent des régions distinctes enrichies en types particuliers de protéines et de lipides. On pense que ces régions influencent les activités cellulaires, tels que la signalisation qui contrôle à la fois la croissance cellulaire normale et la croissance des cellules cancéreuses.

Dans un article publié le 5 décembre dans le Journal biophysique , des scientifiques de l'Université de Washington montrent pour la première fois que la distribution complexe de molécules au sein d'une membrane d'une cellule de levure vivante résulte de la démixtion. Aussi connu sous le nom de séparation de phases, la démixtion est un processus physique simple qui est similaire à l'action qui provoque la séparation des gouttelettes d'huile du vinaigre dans une vinaigrette.

"Les cellules ont une boîte à outils avec une variété de ressources pour les aider à accomplir une variété de tâches, " a déclaré l'auteur principal Sarah Keller, un professeur de chimie à l'UW. « En faisant équipe avec Alex Merz, un professeur de biochimie à l'UW et un expert en levure, nous avons montré que la séparation de phases est l'un de ces outils pour façonner les membranes et leurs fonctions au sein d'un système vivant."

Les chercheurs de l'UW se sont inspirés d'images d'une souche de levure génétiquement modifiée dans laquelle les protéines membranaires brillaient par fluorescence. Les protéines s'illuminaient intracellulairement, compartiments liés à la membrane appelés vacuoles. Les vacuoles ressemblaient à des boules vertes miniatures à motifs de pois sombres. Ces pois, les chercheurs ont réalisé, semblait presque identique aux régions membranaires qui résultent de la séparation de phases dans deux types de systèmes non vivants :simple, des membranes artificielles créées en laboratoire et des membranes éliminées par des cellules soumises à un stress sévère.

"Les membranes des systèmes vivants contiennent de nombreux types de graisses différentes, protéines et autres molécules, " a déclaré le co-auteur principal Scott Rayermann, un conférencier à l'UW Tacoma qui a mené cette recherche lorsqu'il était étudiant au doctorat en chimie à l'UW. "Chacun de ces types de molécules possède des propriétés physiques et chimiques différentes avec le potentiel d'affecter les propriétés de la membrane dans son ensemble. Nous et d'autres groupes avons émis l'hypothèse que cette variété de molécules permettrait aux membranes de se séparer en phases par composition en régions discrètes. "

D'abord, l'équipe a découvert que les points de polka qui apparaissent sur les membranes des vacuoles peuvent fusionner rapidement. Ce comportement est cohérent avec les phases fluides, tout comme les gouttelettes d'une vinaigrette à l'huile et au vinaigre récemment secouée fusionnent rapidement lorsqu'elles entrent en collision. Prochain, l'équipe a découvert que la séparation des phases dans les membranes des vacuoles de levure dépend de la température. Lorsque les chercheurs ont réchauffé la levure au-dessus de 90 degrés Fahrenheit, les deux phases liquides fusionnèrent en une seule, les pois disparurent. Lorsque les cellules de levure ont été refroidies à température ambiante, les régions séparées par des phases réapparurent.

"Les scientifiques n'avaient jamais montré auparavant que des liquides à phases séparées peuvent coexister dans les membranes des cellules vivantes, " a déclaré le co-auteur principal Glennis Rayermann, un doctorant UW en chimie. "Pour montrer que la séparation de phase se produit, nous devions suivre de manière fiable la distribution des protéines au sein des membranes, montrent qu'ils ont formé des régions comme dans les systèmes artificiels et que ces régions fusionneraient en réponse à des conditions environnementales changeantes."

Maintenant que les chercheurs ont montré que les membranes vivantes peuvent subir une séparation de phases, des travaux futurs sont nécessaires pour montrer comment les cellules régulent la séparation de phases. Cela pourrait être par l'action des gènes, conditions environnementales ou une combinaison de facteurs.

"Notre découverte que la séparation de phases peut conduire à l'organisation de la membrane chez la levure suggère que des processus similaires peuvent fonctionner dans d'autres cellules, y compris les cellules humaines, " dit Merz. " Encore une fois, nous voyons la puissance des systèmes modèles tels que la levure, les mouches des fruits et les vers dans notre exploration de la physiologie fondamentale. UW est à la pointe de la génétique des levures et de la biologie cellulaire depuis plus de 60 ans."

"Il existe un potentiel incroyable ici pour découvrir comment différents types de cellules forment et maintiennent des structures uniques - et comment différentes structures se forment même au sein d'une même cellule, " dit Keller.