Les propriétés mécaniques des microtubules

par Laura Schaedel

Thèse de doctorat en Physique pour les sciences du vivant

Sous la direction de Manuel Théry.

Soutenue le 01-07-2016

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire physiologie cellulaire et végétale (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Bertrand Fourcade.

Le jury était composé de Gary Brouhard, Isabelle Arnal, Igor Kulic, Jean-Christophe Gabriel.

Les rapporteurs étaient Marileen Dogterom, Denis Chrétien.


  • Résumé

    Les microtubules-qui définissent la forme des axones, des cils et des flagelles, et qui servent de rails pour le transport intracellulaire-subissent de fortes contraintes exercées par les forces intracellulaires. La structure des microtubules et leur rigiditépeuvent en théorie être affectées par des contraintes physiques. Cependant, il reste à établir comment les microtubules tolèrent de telles forces et quelles sont les conséquences de ces forces sur la structure des microtubules. En utilisant un dispositif demicrofluidique, j’ai pu montrer que la rigidité des microtubules diminue progressivementà chaque cycle de courbure induit par des contraintes hydrodynamiques.Comme dans d'autres exemples de fatigue des matériaux, l'application de contraintes mécaniques sur des défauts pré-existants le long des microtubules est responsable de la génération de dommages plus étendus. Ce processus rend les microtubules moins rigides.J’ai pu aussi montrer que les microtubules endommagés peuvent se réparer en intégrant de nouveaux dimères de tubuline à leur surface et de récupérer ainsi leur rigidité initiale. Nos résultats démontrent que les microtubules sont des matériaux biologiquesayant des propriétés d’auto-réparation, et que la dynamique des microtubules ne se produit pas exclusivement à leurs extrémités. La mise en évidence de ces nouvelles propriétés permet de montrer comment les microtubules peuvent s’adapter à des contraintesmécaniques.

  • Titre traduit

    Self-repair rejuvenates mechanically stressed microtubules


  • Résumé

    Microtubules—which define the shape of axons, cilia and flagella, and provide tracks for intracellular transport—can be highly bent by intracellular forces, and microtubule structure and stiffness are thought to be affected by physical constraints. Yet how microtubules tolerate the vast forces exerted on them remains unknown. Here, by using a microfluidic device, we show that microtubule stiffness decreases incrementally with each cycle of bending and release. Similar to other cases of material fatigue, the concentration of mechanical stresses on pre-existing defects in the microtubule lattice is responsible for the generation of more extensive damage, which further decreases microtubule stiffness. Strikingly, damaged microtubules were able to incorporate new tubulin dimers into their lattice and recover their initial stiffness. Our findings demonstrate that microtubules are ductile materials with self-healing properties, that their dynamics does not exclusively occur at their ends, and that their lattice plasticity enables the microtubules’ adaptation to mechanical stresses.


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