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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Contacts relatifs à cet article / PELLEQUER Jean-Luc

Nanobiomecanique

La nanobiomécanique est l’étude de l’élasticité des matériaux biologiques comme les cellules ou les organes.

English version here.

Une procédure standardisé en nanomécanique par AFM

Procédure qui permet une mesure fiable du module élastique de Young pour des échantillons mous, comme des cellules vivantes, par microscopie à force atomique

Suite au projet Européen COST TD1002 que nous avons coordonné entre 2010 et 2014, une étude multisites et multimachines a été entreprise afin d’améliorer la quantification du module élastique de Young pour des cellules eucaryotes. Cette étude a permis de mettre en avant le protocole SNAP (temporairement appelé le protocole de Dubrovnik). L’essence du protocole est l’amélioration de la calibration des AFMs en utilisant des leviers dont la constante de raideur est préalablement calibrée. Ceci permet de calibrer la sensibilité de la photodiode avec une grande précision. Une fois la procédure appliquée, la variabilité des résultats sur hydrogels est descendue à 1%. Ci-dessous est représenté le résultat de la variabilité améliorée (à droite) sur le calcul du module de Young de cellules MDCK C11.


Schillers H, Rianna C, Schäpe J, Luque T, Doschke H, Wälte M, Uriarte JJ, Campillo N, Michanetzis GP, Bobrowska J, Dumitru A, Herruzo ET, Bovio S, Parot P, Galluzzi M, Podestà A, Puricelli L, Scheuring S, Missirlis Y, Garcia R, Odorico M, Teulon JM, Lafont F, Lekka M, Rico F, Rigato A, Pellequer J-L, Oberleithner H, Navajas D and Radmacher M (2017) Standardized Nanomechanical Atomic force microscopy Procedure (SNAP) for measuring soft and biological samples. Sci. Rep. 7 : 5117.

Nanomécanique et croissance

Etablissement d’un lien entre croissance racinaire et élasticité des cellules de surface

La croissance des plantes est extrêmement sensible aux contraintes de l’environnement, qui agissent in fine sur le fonctionnement des parois cellulaires ; le relâchement ou le blocage des parois permet, respectivement, le grandissement cellulaire ou son arrêt. Chez la plante modèle Arabidopsis poussant in vitro, nous avons montré que le stress du à une carence en l’élément nutritif phosphate « -Pi » bloque très rapidement, et irréversiblement, la croissance racinaire (figure ci-dessous). Nous avons identifié 3 gènes (stop1, almt1 et lpr1) dont l’activité est nécessaire à cette réponse, suggérant que cet arrêt de croissance est un processus actif et non pas le résultat passif d’une carence métabolique. Nous avons aussi démontré que cet arrêt brutal de l’élongation cellulaire dépend de l’activité de peroxydases, des enzymes catalysant, entre autres, la formation de liaisons covalentes entre des polymères du squelette pariétal. Si ces liaisons sont responsables de l’arrêt de l’expansion cellulaire, alors elles devraient modifier rapidement les propriétés mécaniques des parois. Pour tester cette hypothèse, nous avons utilisé la microscopie à force atomique (AFM). Nous avons démontré un accroissement de la rigidité de la paroi cellulaire en absence de Pi dans la zone de transition racinaire par des mesures de nanoindentation avec l’AFM. Ces résultats suggèrent un scénario simple où la carence de Pi déclenche une rigidification de la paroi cellulaire de ces cellules préallongées ce qui en réduit leur élongation. Les résultats de nanoindentation confirment pleinement une causalité entre l’activité peroxydase et l’arrêt de l’élongation cellulaire. Enfin, ces résultats démontrent que l’AFM est une excellente technique qui permet de mesurer avec précision un changement rapide de l’état de la paroi cellulaire sur un organisme vivant.


Balzergue C, Dartevelle T, Godon C, Laugier E, Meisrimler C, Teulon J-M, Creff A, Bissler M, Brouchoud C, Hagège A, Müller J, Chiarenza S, Javot H, Becuwe-Linka N, David P, Péret B, Delannoy E, Thibaud M-C, Armengaud J, Abel S, Pellequer J-L, Nussaume L and Desnos T (2017) Low phosphate activates STOP1-ALMT1 to rapidly inhibit root cell elongation. Nat. Commun. 8 : 15300.