Étude cinétique de la création de défauts durant la polymérisation des microtubules

Présentation du Projet

L'équipe MC2 du LIPhy mène une recherche interdisciplinaire à l'interface de la mécanique, de la physique et des sciences du vivant, en utilisant des approches expérimentales et théoriques à différentes échelles. L'objectif de ce stage est de réaliser une étude cinétique théorique de la création de défauts topologiques dans les microtubules en cours de polymérisation.

Les microtubules (MTs) sont des structures centrales dans les cellules vivantes, impliquées dans la division cellulaire, la migration et le transport intracellulaire. Une compréhension complète des mécanismes régulant leur dynamique et leur stabilité est un enjeu central en biologie cellulaire et un défi majeur pour la santé humaine.

Les MTs sont des structures cylindriques creuses où les dimères de tubuline s'associent tête-bêche en protofilaments. Treize de ces protofilaments forment un tube par association latérale.

Les MTs grandissent par ajout de dimères de tubuline à leurs extrémités. On sait depuis les années 1990 que le réseau des MTs contient des défauts topologiques, le plus notable étant les dislocations [1]. Cependant, il a été découvert récemment que les lacunes de monomères [2], qui engendrent ce qu'on appelle des structures à multiples coutures (multi-seam), sont beaucoup plus fréquentes que les dislocations.

Actuellement, nous n'avons aucune connaissance des conditions dans lesquelles les lacunes de monomères sont créées pendant la croissance de l'extrémité du MT, car tous les modèles stipulent l'association tête-bêche de nouveaux dimères aux protofilaments existants à l'extrémité du MT.

L'objectif de ce stage est de simuler la croissance de l'extrémité des MTs à l'aide d'un modèle cinétique Monte Carlo développé précédemment, et de déterminer les paramètres du réseau (énergie de liaison du réseau et anisotropie) sous lesquels les lacunes de monomères et les structures à multiples coutures peuvent être formées. Les paramètres de réseau obtenus seront ensuite comparés de manière critique aux valeurs trouvées dans la littérature.

Avec ce projet, nous nous attendons à obtenir (i) une première compréhension des conditions de formation des défauts à l'extrémité du MT en croissance et (ii) à affiner les paramètres du réseau des MTs, qui varient énormément dans la littérature.

Références

[1]  Chrétien, D., Metoz, F., Verde, F., Karsenti, E. & Wade, R. H. Lattice defects in microtubules: protofilament numbers vary within individual microtubules. J. Cell Biol. 117, 1031–1040 (1992).

[2]  Guyomar, C. et al. Changes in seam number and location induce holes within microtubules assembled from porcine brain tubulin and in xenopus egg cytoplasmic extracts. eLife 11, e83021 (2022).

Compétences attendues

Ce projet est théorique, interdisciplinaire (physique, biologie) et sera mené en collaboration avec un doctorant. Le candidat idéal a un intérêt pour la physique de la matière molle, la biophysique et la modélisation de systèmes dynamiques complexes. Une expérience préalable en modélisation et en programmation scientifique (C, C++, Python) serait appréciée mais n'est pas obligatoire.