Molecular confinement and membrane organization of live cells: analysis of diffusion by fluorescence correlation spectroscopy

Confinement moléculaire et organisation de la membrane des cellules vivantes: analyse de la diffusion par spectroscopie de corrélation de fluorescence

Laure Wawrezinieck (1, 2)

1 CIML - Centre d'Immunologie de Marseille - Luminy
2 FRESNEL - Institut FRESNEL

Our present description of the plasma membrane includes heterogeneities or mechanisms that may hinder the diffusion of membrane particles. Indeed, the diffusion of transmembrane proteins may be impeded by the actin-based membrane skeleton, whereas lipid microdomains are thought to transiently sequester molecules which are involved in signaling pathways.
Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is a mature and powerful technique for measuring diffusion coefficients. However, the study becomes uneasy when the diffusion is not free as it is the case for the cell membrane components. We have shown that doing FCS measurements at different sizes of observation volumes gives access to the diffusion laws of molecules in live cell membranes. Our method enables to distinguish between different mechanisms responsible for the confinement of particles in the plasma membrane and to measure different characteristics of these confining structures, such as their size or the average confinement time. It has also been possible to study the reorganization of the cell membrane during a signaling event.

Dans la description actuelle de la membrane plasmique, des hétérogénéités ou des mécanismes sont supposés empêcher la libre diffusion des particules membranaires. La diffusion des protéines transmembranaires serait ainsi ralentie par le réseau d'actine du cytosquelette, alors que les microdomaines lipidiques confineraient transitoirement les molécules impliquées dans les voies de signalisation.
La spectroscopie de corrélation de fluorescence (FCS) est une technique puissante permettant de mesurer des coefficients de diffusion. L'étude devient cependant malaisée lorsque la diffusion n'est pas libre, comme c'est le cas des composantes de la membrane cellulaire.
Nous avons montré que la réalisation de mesures FCS à différentes tailles de volumes d'observation permet de tracer les lois de diffusion des molécules dans les membranes des cellules vivantes. Notre méthode permet ainsi de distinguer entre différentes structures de confinement des particules de la membrane plasmique et de mesurer certaines de leurs caractéristiques, comme leur taille ou le temps de confinement moyen. Il a également été possible d'étudier la réorganisation de la membrane cellulaire au cours d'un événement de signalisation.

Mots clés: live cells; cytoskeleton; lipid rafts; membrane confinement; membrane; cellules vivantes; cytosquelette; radeaux lipidiques; confinement membranaire

Domaines: Biophysique [physics.bio-ph]; Immunologie; Biologie cellulaire

Laure Wawrezinieck. Confinement moléculaire et organisation de la membrane des cellules vivantes: analyse de la diffusion par spectroscopie de corrélation de fluorescence. Biophysique [physics.bio-ph]. Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00097010⟩