Dynamique des tubes à membrane lipidique

Dynamics of lipid membrane tubes

• Auteur / Autrice : Sami Al-Izzi
• Direction : Pierre Sens, Matthew Turner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec University of Warwick (Coventry, Royaume-Uni)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Cellules et Cancer (Paris ; 2024-....)
• Jury : Président / Présidente : Gareth Alexander
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Prost
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ana-Suncana Smith, Halim Kusumaatmaja

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Membranes liquides

Biologie moléculaire

Biophysique

Mots clés libres

Biophysique

Membrane

Mécanique statistique

Dynamique des fluides

Biophysics

Membrane

Statistical mechanics

Résumé

Les tubes membranaires sont des structures omniprésentes dans les cellules, et la compréhension de leur dynamique et de leur morphologie est d'une importance cruciale pour la biophysique cellulaire. Cette thèse aborde plusieurs aspects de la dynamique des tubes membranaires dans des situations où ils sont déséquilibrés par divers processus inspirés par des phénomènes biologiques. Nous analysons le gonflement de tubes due à des pompes ioniques entraînant une différence de pression osmotique, ainsi que les instabilités qui en résultent. Ceci est inspiré par la structure d'un organelle appelé le vacuole contractile, et conduit à une nouvelle instabilité avec une longueur d'onde naturelle beaucoup plus longue que celle résultant d'une instabilité de type pearling. La stabilité des tubes membranaires présentant un écoulement de cisaillement à leur surface est également analysée. Nous avons découvert et analysé une nouvelle instabilité hélicoïdale qui conduit à l’amplification des fluctuations du tube. Nous discutons de la pertinence de cette instabilité dans le processus de scission des tubes induite par la dynamine. Enfin, nous considérons la dynamique et les fluctuations d'un tube membranaire sur lequel agissent des forces actives.

Membrane tubes are structures ubiquitous in cells, and understanding their dynamics and morphology is of vital importance for cellular biophysics. This thesis will discuss several aspects of the dynamics of membrane tubes in situations where they are driven out of equilibrium by various biologically inspired processes. We analyse the inflation of membrane tubes and their subsequent instability due to ion pumps driving an osmotic pressure difference. This is inspired by the structure of an organelle called the contractile vacuole complex, and leads to a new instability with a much longer natural wavelength than a typical Pearling instability. The stability of membrane tubes with a shear in the membrane flow is analysed and a novel helical instability which acts to amplify the fluctuations is found. We discuss the relevance of this instability in the process of Dynamin mediated tube scission. Finally we consider the dynamics and fluctuations of a membrane tube with active forces acting on it.