Modélisation de la diffusion-réaction dans les milieux intracellulaires encombrés

National audienceBecause macromolecules in biological cells interact only when they meet, the way by which they actually move has deep impact on the cell inner life. More often than not, biochemists get rid of this issue by considering that cell biochemical and signaling pathways are static objects with no real spatial dependency. Experimental as well as most modeling approaches thus rely on mean-field equations ("mass-action laws'') which assume that intracellular spaces are diluted, perfectly stirred and spatially homogeneous. However, single-cell (and sometimes single tracker) experiments consistently report that diffusion in most intracellular compartments (membranes, cytoplasm, nucleus) is anomalous and sub-diffusive (i.e. not Brownian). Albeit the underlying causes for these behaviors are still debated, physical obstruction of the molecule movements due to obstacles is recurrently evoked. In any case, these observations indicate that, fundamentally, intracellular spaces are spatially inhomogeneous and poorly connected. I introduce here the main methods, discrete or continuous, to model the influence of these properties: individual-based models, space-dependent reaction-diffusion, fractional subdiffusion-reaction.Parce que les macromolécules présentes dans les cellules doivent se rencontrer pour réagir entre elles, la façon dont elles bougent peut être cruciale à la vie interne de la cellule. Le plus souvent, les biochimistes évacuent cette question et considèrent les voies biochimiques et de signalisation intracellulaires comme des objets statiques, sans vraiment de dépendance spatiale. Les approches expérimentales et de modélisation reposent le plus souvent sur des équations de champ moyen (''lois d'action de masse'') qui font l'hypothèse d'un milieux intracellulaire dilué, parfaitement mélangé et homogène dans l'espace. Or des expériences sur cellules uniques (voire traceur unique) montrent que la diffusion dans la plupart des compartiments intracellulaires (membranes, cytoplasme, noyau) est anormale et sous-diffusive (non Brownienne). Bien que les causes de ces comportements ne soient pas tout à fait claires, l'obstruction physique à la diffusion due à des obstacles est souvent évoquée. Dans tous les cas, ces observations témoignent du fait que, fondamentalement, les milieux cellulaires doivent être considérés comme spatialement inhomogènes et mal connectés. Je présente ici les principales méthodes, discrètes et continues, pour étudier l'influence de ces propriétés: simulations basées sur l'individu, réaction-diffusion dépendant de l'espace, réaction-sous-diffusion fractionnaire