Magnetic beads as force sensors : application to actin filaments growth pressure
Les billes magnétiques comme capteurs de force : application à la pression de croissance de filaments d'actine
Résumé
Superparamagnetic colloids are used in many studies to apply a force or a torque on biological systems such as cells or DNA molecules. The physical process by which magnetization appears in those beads, allowing them to exert forces, is still poorly understood. In a first part, with an original experimental setup based on optical anisotropy measurements, we show that the apparently magnetically isotropic beads can orient themselves in a magnetic field. Equilibrium and out of equilibrium measurements allowed to develop a model explaining how a few big grains in the beads are responsible for the whole coupling. The robustness of this model lies in its generalization to several sizes of beads and its consistency with the properties of the ferrofluid used to make them. In a second part, the reaction of a few actin filaments to the pressure applied by superparamagnetic colloids is studied. This setup represents a direct way to probe the physical mechanism underlying the production of force by actin filaments polymerization in cellular motility. Controlling the filaments' organization allows to study two ideal ideal situations. We experimentally show that in the former situation the polymerization velocity is independent of the applied force. This is no longer true in the latter situation where the filaments are verys ti . Thus, we experimentally show for the first time the e ffect of force on actin filaments polymerization. A Brownian ratchet based numerical model with no load sharing can describe the production of force in that case.
Les colloïdes superparamagnétiques sont utilisés dans de nombreuses études pour appliquer une force sur des cellules ou des molécules d'ADN. Dans une première partie, nous explorons le processus physique par lequel ces objets acquièrent une imantation leur permettant d'exercer des forces. Nous montrons comment la présence de quelques gros grains ferromagnétiques dans les colloïdes leur permet de s'orienter dans un champ externe. La robustesse de ce modèle est démontrée par sa généralisation à plusieurs tailles de colloïdes et sa cohérence avec les propriétés du ferrofluide ayant servi à les fabriquer. Dans une seconde partie, la réaction de filaments d'actine à la pression exercée par des colloïdes superparamagnétiques est étudiée. Nous sondons ainsi le mécanisme par lequel la polymérisation d'actine peut générer les forces à l'origine du phénomène de motilité cellulaire. La maîtrise de l'organisation des filaments autorise à étudier deux situations idéales. Dans l'une les filaments sont très fluctuants, et nous montrons que leur longueur est indépendante de la force appliquée. Ceci n'est plus vrai dans la deuxième situation, où les filaments rigides poussent face à la charge. Nous mesurons ainsi pour la première fois l'effet d'une force sur la vitesse de polymérisation de l'actine. Un modèle numérique de type Brownian ratchet sans partage de la charge permet de décrire la force générée.
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