Saskia BRUGERE soutiendra sa thèse de doctorat en physique, réalisée sous la direction de Fabien MONTEL le 23 mai 2025 à 14h.
Résumé de la thèse :
Sélectivité du transport dans un système nanofluidique biomimétique
Le transport de biomolécules entre les compartiments cellulaires est une étape critique pour le maintien des fonctions cellulaires. Le pore nucléaire régule les échanges entre le noyau cellulaire et le cytoplasme. Sa remarquable sélectivité est due à la présence d'un réseau de protéines intrinsèquement non structurées à l'intérieur de son canal central. Alors que des milliers de molécules évoluent dans le cytoplasme, seules certaines protéines aux caractéristiques spécifiques peuvent traverser le pore nucléaire. Pour mieux comprendre les interactions impliquées dans ce transport moléculaire, nous avons développé un système biomimétique, simplifié et contrôlé, basé sur l'utilisation de membranes nanoporeuses fonctionnalisées. Le flux de biomolécules est étudié en temps réel à l'aide d'une méthode de détection optique par fluorescence. Cette approche nous a permis de mesurer le coefficient de diffusion effectif des molécules au sein des nanopores et de le mettre en relation avec les valeurs obtenues en solution. Nous avons, par ailleurs, mis en évidence une modulation du transport en fonction de l'affinité des biomolécules pour la surface des pores. Pour interpréter ces observations, nous avons élaboré un modèle cinétique en deux étapes décrivant la diffusion facilitée des protéines à travers les nanopores. Enfin, nous avons démontré que le transport des molécules dépend également de la géométrie du système, et plus particulièrement du confinement des biomolécules au sein des pores.
Selectivity of transport through a biomimetic nanofluidic system
The transport of biomolecules between cell compartments is a critical step in maintaining cellular functions. The nuclear pore complex controls the exchanges between the cell nucleus and the cytoplasm. Its remarkable selectivity is due to the presence of a network of intrinsically unstructured proteins inside its central channel. While thousands of molecules evolve in the cytoplasm, solely certain proteins with specific characteristics can cross the nuclear pore complex. To better understand the interactions involved in this molecular transport, we build a simplified and controlled biomimetic system based on functionalized nanoporous membranes. Flux of biomolecules are studied in real time using an optical fluorescence detection method. This approach enabled us to measure the effective diffusion constant of the molecules within the nanopores and to relate it to the values obtained in solution. We have also demonstrated that transport is modulated as a function of the affinity of the biomolecules for the pore surface. To interpret these observations, we developed a two-step kinetic model describing the facilitated diffusion of proteins through nanopores. Finally, we have shown that the transport of molecules also depends on the geometry of the system, and more specifically on the confinement of biomolecules within the pores.
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