RMN de l'état solide des membranes de microalguesSolid-state NMR of microalgal membranes

Chapitre de livre invité (premier auteur) faisant la synthèse des approches de RMN de l'état solide pour étudier les membranes de microalgues, lipides et organisation membranaire.Invited book chapter (first author) reviewing solid-state NMR approaches to study microalgal membranes, lipids and membrane organization.

Les membranes des microalgues sont un empilement complexe de lipides, protéines et sucres, organisés très différemment selon le compartiment cellulaire (paroi, membrane plasmique, chloroplaste, gouttelettes lipidiques). Comment résumer, pour la communauté scientifique, les nombreuses façons dont la RMN de l'état solide peut percer cette complexité, sans avoir à casser la cellule pour l'étudier ?Microalgal membranes are a complex stack of lipids, proteins, and sugars, organized very differently depending on the cellular compartment (cell wall, plasma membrane, chloroplast, lipid droplets). How can one summarize, for the scientific community, the many ways solid-state NMR can probe this complexity, without having to break the cell open to study it?

Ce chapitre de livre invité dresse l'état de l'art des approches de RMN de l'état solide applicables aux membranes de microalgues : quel noyau observer (¹H, ³¹P, ¹³C, ¹⁵N…), comment marquer isotopiquement l'algue entière de façon économique, et surtout comment utiliser des « filtres dynamiques », comme l'INEPT, qui ne révèle que les molécules très mobiles, ou la polarisation croisée (CP), qui ne révèle que les molécules rigides, pour démêler le signal des lipides mobiles de celui des structures rigides comme la paroi ou l'amidon, jusque dans la cellule vivante intacte.This invited book chapter surveys the state of the art in solid-state NMR approaches applicable to microalgal membranes: which nucleus to observe (¹H, ³¹P, ¹³C, ¹⁵N…), how to isotopically label the whole alga affordably, and above all how to use "dynamic filters", such as INEPT, which only reveals highly mobile molecules, or cross-polarization (CP), which only reveals rigid ones, to disentangle the signal of mobile lipids from that of rigid structures like the cell wall or starch, even inside the intact living cell.

La synthèse montre que la RMN de l'état solide est l'un des seuls outils capables de sonder, à l'échelle moléculaire, la structure et la dynamique des membranes directement dans des cellules de microalgues vivantes et marquées au ¹³C ou ¹⁵N, une capacité encore peu exploitée à l'époque. Le chapitre identifie aussi les prochaines étapes prometteuses : marquage isotopique ciblé sur des molécules précises, et couplage avec la polarisation dynamique nucléaire (DNP) pour gagner encore en sensibilité sur ces systèmes complexes.The review shows that solid-state NMR is one of the only tools able to probe, at the molecular scale, the structure and dynamics of membranes directly inside living, ¹³C- or ¹⁵N-labelled microalgal cells, a capability still underexploited at the time. The chapter also identifies promising next steps: targeted isotopic labelling of specific molecules, and coupling with dynamic nuclear polarization (DNP) to gain further sensitivity on these complex systems.