La plupart des cellules biologiques ont une place fixe dans un organisme. Cependant, les cellules peuvent devenir mobiles et se déplacer dans le corps. Cela se produit, par exemple, pendant la cicatrisation des plaies ou lorsque les cellules tumorales se divisent de manière incontrôlable et migrent à travers le corps. Les cellules mobiles et stationnaires diffèrent de diverses manières, y compris leur cytosquelette.
Cette structure de filaments protéiques rend les cellules stables, extensibles et résistantes aux forces extérieures. Dans ce contexte, les « filaments intermédiaires » jouent un rôle important. Fait intéressant, deux types différents de filaments intermédiaires se trouvent dans les cellules mobiles et stationnaires.
Des chercheurs de l’Université de Göttingen et de l’ETH Zurich sont parvenus à mesurer et à décrire précisément les propriétés mécaniques de ces deux filaments. Dans le processus, ils ont découvert des parallèles avec des matériaux non biologiques. Les résultats ont été publiés dans Matière.
Les scientifiques ont utilisé des pincettes optiques pour étudier le comportement des filaments sous tension. Ils ont attaché les extrémités des filaments à de minuscules billes de plastique, qu’ils ont ensuite déplacées de manière contrôlée à l’aide d’un faisceau laser. Cela a étiré les deux types de filaments différents, connus sous le nom de vimentine et de kératine. Les chercheurs ont déterminé quelles forces étaient nécessaires pour l’étirement et comment les différents filaments se comportaient lorsqu’ils étaient étirés plusieurs fois.
Étonnamment, les deux filaments différents se comportent de manière contrastée lorsqu’ils sont étirés à plusieurs reprises : les filaments de vimentine deviennent plus mous et conservent leur longueur, les filaments de kératine deviennent plus longs et conservent leur rigidité. Les résultats expérimentaux correspondent à des simulations informatiques d’interactions moléculaires : dans les filaments de vimentine, les chercheurs supposent que des structures s’ouvrent, semblables à des gels constitués de plusieurs composants ; dans les filaments de kératine, ils supposent que les structures se déplacent les unes contre les autres, comme dans les métaux.
Les deux mécanismes expliquent que les réseaux de filaments intermédiaires du cytosquelette peuvent se déformer très fortement sans être endommagés. Cependant, ce facteur de protection s’explique par des principes physiques fondamentalement différents.
« Ces résultats élargissent notre compréhension des raisons pour lesquelles différents types de cellules ont des propriétés mécaniques si différentes », explique le Dr Charlotta Lorenz, premier auteur de l’étude.
Le professeur Sarah Köster, de l’Institut de physique des rayons X de l’Université de Göttingen et responsable de l’étude, ajoute : « Nous pouvons apprendre de la nature et réfléchir à la conception de nouveaux matériaux durables et transformables dont les propriétés peuvent être choisies ou conçues pour répondre aux exigences. exactement. »
Plus d’information:
Charlotta Lorenz et al, la mécanique des filaments de kératine et la dissipation d’énergie sont déterminées par la plasticité métallique, Matière (2023). DOI : 10.1016/j.matt.2023.04.014