Mécanisme 1 : délocalisation des asters induite par des forces de polymérisation

4.3.1. Dépendance entre la force de traction et la longueur des microtubules ... 84 4.3.2. Distribution des dynéines dans la goutte ... 85

58 Des gradients de concentration de protéines ont été observés dans les cellules (voir Chap. 1)^{50, 133,}

134

. Ces gradients peuvent se révéler importants pour l’organisation intracellulaire. Malgré le grand nombre d’études théoriques⁴⁵, très peu de méthodes sont disponibles pour étudier expérimentalement les gradients de protéines de signalisation. La microfluidique ne permet généralement que de créer des gradients extracellulaires. Une extension de cette approche pour générer des gradients intracellulaires consiste à utiliser des gradients de molécules perméantes à la cellule¹³⁵. L’optogénétique peut se révéler intéressante pour localiser fortement dans l’espace une activité protéique. Ainsi Lim et al. ont réalisé un système réversible d’activation protéique basé sur l’utilisation de sources lumineuses (activation/inhibition) pour imposer une forte localisation spatiale à une protéine⁸⁷. Cependant, à notre connaissance, il n’existe pas à ce jour de méthodes pour générer et contrôler directement un gradient de protéines de signalisation dans un espace intracellulaire

Les approches basées sur la manipulation de nanoparticules ont permis de déclencher une voie de signalisation, avec un signal fortement localisé, sur une bille magnétique ou un agrégat de nanoparticules, mais pas de générer un signal avec une extension spatiale importante^{121, 122}. Nous avons étendu cette méthode pour créer artificiellement des gradients de protéines (Figure 50).

Figure 50 Principe général. Des nanoparticules magnétiques, bioconjuguées et confinées dans des gouttes d’extrait cellulaire sont soumises à un champ magnétique. Un gradient de nanoparticules et donc de protéines se forme sous certaines conditions.

Nous avons appliqué cette méthode à la protéine RanGTP qui est impliquée dans la formation du fuseau mitotique et forme au sein des cellules un gradient autour des chromosomes (Figure 51). Nous avons travaillé en extrait cellulaire de Xénope confiné dans des gouttes, ce qui est une première étape vers un travail intracellulaire (voir Méthodes, chap. 2).

59 Figure 51 Lors de l’auto-organisation du fuseau mitotique un gradient de RanGTP se forme autour des chromosomes. Nous avons greffé RanGTP à des nanoparticules magnétiques pour recréer in vitro ce gradient dans des gouttes d’extraits cellulaires.

Après avoir examiné les paramètres physiques permettant l’établissement d’un gradient de nanoparticules magnétiques, nous examinerons la fonctionnalisation des nanoparticules magnétiques avec RanGTP, et enfin nous étudierons l’effet d’un gradient de RanGTP sur les microtubules.

60 Les nanoparticules magnétiques soumises à un champ magnétique répondent à celui-ci en s’organisant en différentes structures dépendant de la nature des particules, de la géométrie du champ magnétique ou du milieu dans lequel elles sont placées.

Par exemple, il est possible de former des chaines de nanoparticules, des colonnes, ou encore des structures en « labyrinthe »¹³⁷ (Figure 52).

Figure 52 Différentes structures de nanoparticules magnétiques. a, Chaîne de nanoparticules magnétiques¹³⁷. b, Colonnes de nanoparticules magnétiques¹³⁷. c, « Labyrinthe » de nanoparticules magnétiques¹³⁷.

Cependant les gradients de concentration de nanoparticules ont été assez peu étudiés. Dans cette section nous allons examiner les paramètres permettant d’obtenir un gradient de nanoparticules magnétiques utilisable dans nos systèmes biologiques.

Considérons des nanoparticules superparamagnétiques diffusant dans un milieu liquide et soumises à un champ magnétique.

Les principales forces s’appliquant sur les nanoparticules sont ¹³⁸: -la force magnétique : µx,i

'()

'), où Bx est le champ magnétique dans la direction x, µx,i le moment magnétique et x la position de la particule i

-l’interaction dipolaire : Fij =^{3μ0∗μi,x∗μj,x}

2∗л∗(xi−xj)^4

,

où µ0 est la susceptibilité

magnétique du vide

-la force hydrodynamique : -γ

.

^')

' avec γ=6πηa avec η la viscosité du milieu et a le rayon de la particule.

-le mouvement brownien qui va disperser les particules et contrer leur agrégation.

Pour deux particules proches l’une de l’autre, l’interaction dipolaire va prédominer.

2. Gradient de nanoparticules magnétiques

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

ne vont pas risquent Pou

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu nanoparticules

µ₀

magnétique Si

Des nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

ne vont pas squent Pour

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu nanoparticules

est la perméabilité magnétique du vide magnétique

Si λ est

es nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

ne vont pas squent

r confirmer ces

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu nanoparticules

est la perméabilité magnétique du vide magnétique

est supérieur

Figure 53

magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites larges

es nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

2.2.

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

ne vont pas squent de

confirmer ces

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu nanoparticules

est la perméabilité magnétique du vide magnétique

supérieur

Figure 53

magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites larges

es nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

2.2. Effet

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

ne vont pas être sensibles au mouvemen

de n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique confirmer ces

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu nanoparticules

est la perméabilité magnétique du vide magnétique, k

supérieur

Figure 53

magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites larges (Ademtech).

es nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

Effet

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique confirmer ces

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu nanoparticules¹⁴⁰

est la perméabilité magnétique du vide kB la constante de Boltzmann, supérieur

Figure 53

magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites

(Ademtech).

es nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

Effet de la taille des nanoparticules

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique confirmer ces

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

140

.

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann, supérieur à 1, les

magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites

(Ademtech).

es nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

de la taille des nanoparticules

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique confirmer ces intuitions

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

à 1, les

magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites

(Ademtech).

es nanoparticules de diamètre supérieur à champ magnétique de 20 à 200 T.m

de la taille des nanoparticules

Les nanoparticules super

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique intuitions

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

à 1, les

Valeur de magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites

(Ademtech). Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

champ magnétique de 20 à 200 T.m

de la taille des nanoparticules

Les nanoparticules superparamagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique intuitions

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

à 1, les particules

Valeur de magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

champ magnétique de 20 à 200 T.m

de la taille des nanoparticules

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique intuitions

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

particules

Valeur de magnétique de 400mT (a) et susceptibilité des petites nanopartic

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

champ magnétique de 20 à 200 T.m

de la taille des nanoparticules

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique intuitions nous

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

particules

Valeur de λ magnétique de 400mT (a) et 10

nanopartic

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

champ magnétique de 20 à 200 T.m

de la taille des nanoparticules

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique nous

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

particules auront tendance

λ pour des 100m nanopartic

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

champ magnétique de 20 à 200 T.m

-de la taille -des nanoparticules

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules

être sensibles au mouvemen

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique nous pouvons comparer

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

auront tendance

pour des mT nanoparticu

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

-1

s’agrègent

de la taille des nanoparticules

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis pour créer un gradient de nanoparticules^{138, 139}

être sensibles au mouvement brownien

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique pouvons comparer

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

λ

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann,

auront tendance

pour des (b).

ules (NanoCs)

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

s’agrègent

de la taille des nanoparticules

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis

138, 139

t brownien

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique pouvons comparer

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

λ=

est la perméabilité magnétique du vide la constante de Boltzmann, et

auront tendance

pour des nanopartic (b). Pour faire l les (NanoCs)

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio es nanoparticules de diamètre supérieur à

s’agrègent

de la taille des nanoparticules et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis

138, 139

. Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand t brownien

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique pouvons comparer

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

πµ

est la perméabilité magnétique du vide, et T la auront tendance

nanopartic Pour faire l les (NanoCs)

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio 100

s’agrègent

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand t brownien

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique pouvons comparer

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

k a 9 3 0 πµ , a la température auront tendance nanopartic Pour faire l les (NanoCs)

Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio 100 nm

s’agrègent systématiquement

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand t brownien et

n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique pouvons comparer

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

T H B 2 χ le rayon de la particule température auront tendance à nanopartic Pour faire l

les (NanoCs) est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

nm

systématiquement

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand

et a contrario n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique

pouvons comparer d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

H2

le rayon de la particule température

à agréger

nanoparticules

Pour faire les calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

(Ademtech, voir Méthodes) systématiquement

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand

a contrario n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique

pouvons comparer le d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

le rayon de la particule température

agréger

les de différent

es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

Ademtech, voir Méthodes) systématiquement

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand

a contrario n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique

le ratio d’interaction entre deux particules et l’énergie thermiqu

le rayon de la particule température

agréger

de différent

es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

Ademtech, voir Méthodes) systématiquement

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand

a contrario n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique

ratio λ

d’interaction entre deux particules et l’énergie thermique, pour différentes tailles

le rayon de la particule température.

(Figure 53

de différent

es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

Ademtech, voir Méthodes) systématiquement

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand a contrario des nanoparticules trop petites n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique

ratio λ

e, pour différentes tailles

le rayon de la particule

(Figure 53

de différent

es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

Ademtech, voir Méthodes) systématiquement (Figure 54

et contrôle diffusionnel

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites n’être qu’insuffisamment couplées au champ magnétique.

ratio λ entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

le rayon de la particule

(Figure 53

de différents rayon

es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

Ademtech, voir Méthodes) (Figure 54 paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites

entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

le rayon de la particule

(Figure 53)

rayon

es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio

Ademtech, voir Méthodes) (Figure 54 paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites

entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

le rayon de la particule

).

rayons es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus Si le rayon de la particule est divisé par quatre, le ratio λ

Ademtech, voir Méthodes) (Figure 54

paramagnétiques sont donc sensibles à la fois au gradient de

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites

entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

le rayon de la particule, χ

pour un c es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus est divisé par 64. Ademtech, voir Méthodes)

(Figure 54).

gradient de

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites

entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

, χ sa susceptibilité

pour un c es calculs nous avons considéré

est la même que celle des nanoparticules plus est divisé par 64. Ademtech, voir Méthodes)

.

gradient de

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites

entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

sa susceptibilité

pour un c es calculs nous avons considéré que la est la même que celle des nanoparticules plus

est divisé par 64. Ademtech, voir Méthodes) soumises à un

gradient de

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites

entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

sa susceptibilité

pour un champ que la est la même que celle des nanoparticules plus

est divisé par 64. soumises à un gradient de

magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand des nanoparticules trop petites

entre l’énergie magnétique e, pour différentes tailles

sa susceptibilité

hamp que la est la même que celle des nanoparticules plus

est divisé par 64. soumises à un

champ magnétique et au mouvement brownien. Un équilibre entre ces deux forces opposées est requis . Ainsi des nanoparticules de diamètre trop grand

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