L’équipe de chercheurs namurois a utilisé la superpuissance de calcul de LUMI pour repousser les limites actuelles de notre connaissance. En effet, il leur été possible d’étudier en détails l’évolution d’une membrane plasmique réaliste possédant une composition similaire à celle d’une cellule saine. En incluant pas moins de 42 types de lipides différents couvrant une large variété de lipides, et des molécules de cholestérol, pour un total de plus de 3 millions d’atomes, ce travail représente réellement un exploit computationnel. Plus précisément, ils se sont intéressés à l’influence de la composition lipidique sur la réponse optique non-linéaire (ONL) de molécules sondes, des chromophores, insérés dans des membranes de complexité croissante. L’optique non-linéaire est une technique d’analyse très sensible, et le but de cette étude était de vérifier que l’environnement des chromophores, et donc la composition de la membrane, induisait des changements suffisamment importants dans cette réponse ONL pour être détectés.
Pour ce faire, des simulations numériques ont été utilisées. Elles combinent la dynamique moléculaire (afin de connaitre l’évolution temporelle du système) et les calculs de chimie quantique (pour prédire la réponse ONL). Ensuite, en combinant les résultats obtenus avec des outils de machine learning, il a été possible de mettre en évidence les facteurs qui influencent la réponse ONL dans cet environnement complexe, ouvrant la voie à l’étude d’autres membranes cellulaires, cette fois-ci typiques de cellules malades.
Légende de l'image : Simulation d’une membrane plasmique idéale incluant pas moins de 42 types de lipides différents et couvrant une large variété de lipides (acide phosphatidique [PA], phosphatitylcholine [PC], phosphatitylethanolamine [PE], phosphatitylinositol [PI], phosphatitylsérine [PS], sphingomyeline [SM], et diaglycerol [DAG]), des molécules de cholestérol [CHL], ainsi que des molécules sondes [di-8-ANEPPS] ayant une réponse optique non-linéaire [ONL], pour un total de plus de 3 millions d’atomes.
Dans l'ensemble, ce travail constitue un premier pas vers la compréhension de la coopération, de la synergie et des interactions qui se produisent dans les membranes lipidiques et ouvre de nouvelles pistes pour la conception de médicaments dans le domaine de la thérapie par les lipides membranaires.
Accéder à la publication Journal of Chemical Information and Modeling: "Multimillion Atom Simulations of Di-8-ANEPPS Chromophores Embedded in a Model Plasma Membrane: Toward the Investigation of Realistic Dyed Cell Membranes"
