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Theses Year : 2011

Membranes in cells: transport and identity

Les membranes cellulaires : identité et transport


In this theoretical work, we studied the relation between membrane identity, transport and organelle structure in cells. We first study the entry of pathogens such as viruses or toxins in cells. We showed how the chemical and physical properties of the cell membrane can control the entry of molecules or bodies. We then focus on transport in the Golgi apparatus. We see that by an adequate formulation of transport in the Golgi, we can give an accurate interpretation of existing experimental data. We show that differences of identity allow the localization of molecules in one cisterna of the Golgi stack. Then, we show that we can write general requirements on the transport processes to enable the heterogeneity of compartments. We show that this requirements may have dramatic functional consequences on transport. Eventually, we study the building of new compartments in the cell. We consider one membrane compartment, which we can see as the precursor of the Golgi apparatus, in which the membrane lipids undergo a chemical reaction and are transformed into another lipid species (as occurs in the Golgi apparatus). There can be a competition between the kinetics of phase separation and the kinetics of the chemical reaction which control the structure of the compartment.
Dans ce travail théorique, nous avons étudié les relations entre l'identité d'une membrane (sa composition chimique et ses propriétés physique), le transport lié à cette membrane, et la structure adoptée par cette membrane. Nous avons d'abord étudié l'entrée de pathogènes dans la cellule. Nous avons montré que ce sont les propriétés physiques et la composition de la membrane qui contrôlent l'entrée des pathogènes dans la cellule en contrôlant leur adhésion sur la membrane et leur aggrégation. Nous nous sommes ensuite tournés vers le transport dans l'appareil de Golgi, où nous montrons qu'une formulation adéquate des processus de transport permet de donner une interprétation précise d'expériences passées. Nous avons montré que des différences d'identité dans les membranes peuvent causer un transport des molécules dans l'appareil de Golgi. Nous nous intéressons ensuite à la maintenance de cette identité dans des organelles qui s'échangent en permanence des molécules. Nous montrons que cet échange doit avoir des propriétés particulières pour permettre la conservation de l'identité. Ces propriétés du transport ont un grand rôle sur la physiologie de l'organelle, et nous montrons qu'ils peuvent augmenter le rendement de l'appareil de Golgi. Enfin, nous montrons que le changement progressif d'identité dans un organelle peut contrôler la structure même de cet organelle.
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pastel-00733626 , version 1 (19-09-2012)


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Serge Dmitrieff. Membranes in cells: transport and identity. Biological Physics []. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00733626⟩
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