Fusion d'auto-assemblages lipidiques

par Chloé Mauroy

Thèse de doctorat en Physique de la matière

Sous la direction de Isabelle Rico-Lattès et de Marie-Pierre Rols.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .

mots clés

• Electroperméabilisation
• Electrofusion
• Guv
• Vésicules catanioniques
• Auto-assemblages lipidiques
• Liposomes
• Électrofusion
• Fusion membranaire
• Autoassemblage

Résumé

Les processus de fusions membranaires sont des processus vitaux dans les systèmes biologiques. Ils nécessitent une déstructuration de l'organisation membranaire. La fusion est un phénomène parfaitement contrôlé qui ne s'effectue pas de façon spontanée du fait de l'existence de barrières énergétiques. Pour abolir ces barrières, il est nécessaire d'apporter de l'énergie au système. Dans une première partie est étudiée l'électrofusion entre deux vésicules unilamellaires géantes (GUVs), pour laquelle il est nécessaire d'appliquer un champ électrique exogène ayant pour effet l'électroperméabilisation des membranes pour créer un état fusogène. Le champ électrique externe peut induire la déstabilisation des membranes permettant alors la fusion entre ces deux édifices membranaires en contact lors de l'impulsion. Nous avons caractérisé, d'une part, le rôle des états de phase des auto-assemblages lipidiques et les valeurs seuil du potentiel transmembranaire nécessaire à l'électroperméabilisation, et, d'autre part, les modifications morphologiques associées à cette homofusion. Dans une seconde partie est étudiée la fusion spontanée entre des vésicules catanioniques et des GUVs de différentes compositions et états de phase. Nous avons pu mettre en évidence le fait que les interactions entre ces deux systèmes dépendaient d'une part de l'état de phase des GUVs et d'autre part des interactions électrostatiques entre ces deux systèmes. Pour que la fusion soit effective, il apparaît nécessaire d'avoir une désorganisation de l'édifice membranaire. Cette désorganisation est ici induite par la présence d'un champ électrique endogène révélé par le potentiel zêta des vésicules catanioniques.

Titre traduit

Fusion of lipid self-assembly

Résumé

Membrane fusion processes play a key role in biological system. Fusion processes involve destabilization of membrane organization. This is a controlled phenomenon which is not spontaneous because of energetic barriers. To abolish these barriers, it is necessary to provide energy to the system. In a first part, electrofusion between two giant unilamellar vesicles (GUVs) was studied. The fusogenic state was obtained by the application of an exogenous electric field to induce membrane electropermeabilization. External electric field can induce membrane destabilization allowing fusion between these two membrane systems in contact during the electric pulse. We characterized, on the first hand, the role of phase states of the membrane and the critical electric field for electropermeabilization and, on the other hand, the morphological modifications associated to this homofusion. In a second part, spontaneous fusion between catanionic vesicles and GUVs with different compositions and phase states was studied. We underline the fact that the interactions between these two systems depend, on the first hand, on the phase states of the GUVs and, on the other hand, on the electrostatic interactions between them. Fusion is induced when the membrane is destabilized. This destabilization is induced here by the presence of an endogenous electric field revealed by the zeta potential of the catanionic vesicles.