Role of ICAP-1 in integrins' dynamic regulation, mechanosensing and contractility of osteoblast cells

par Alexander Kyumurkov

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire

Sous la direction de Corinne Albiges-Rizo et de Emmanuelle Planus.

Le président du jury était Catherine Picart.

Le jury était composé de Amel Mettouchi, Pere Roca-Cusachs, Franz Brückert, Grégory Giannone.

Les rapporteurs étaient Amel Mettouchi, Pere Roca-Cusachs.

  • Titre traduit

    Rôle d'ICAP-1 dans la régulation de la mécanosensibilité et de la contractilité des cellules ostéoblastiques via la dynamique des intégrins


  • Résumé

    L'ICAP-1 est impliqué dans la dynamique de l'intégrine et la génération de force en contrôlant l'endocytose de l'intégrine grâce à la scission dépendant de nm23 des puits endocycliques recouverts de chlatrine.L'ICAP-1 a été identifié comme un partenaire spécifique de l'intégrine b1 (Degani et al., 2002, Zhang et Hemler, 1999). Nous avons déjà montré que l'ICAP-1 est impliqué dans la réponse mécanisée aux cellules et la différenciation cellulaire d'une manière dépendante de l'intégrine b1 (Bouvard et al., 2007; Brunner et al., 2011; Faurobert et al., 2013; Millon-Frémillon et al. , 2008; Renz et al., 2015). Cependant, comme ICAP-1 est également capable d'adapter la migration cellulaire en réponse à la rigidité du substrat d'une manière indépendante de la β1-intégrine (Bouin et al., 2017), nous avons spéculé sur un rôle plus général de l'ICAP-1 dans l'adhésion cellulaire et dynamique d'adhérence focale. Pour cela, nous avons créé un environnement cellulaire où l'intégrine b1 et / ou l'ICAP-1 étaient absentes en utilisant quatre lignées cellulaires: les ostéoblastes WT, les cellules ostéoblastes KO de l'intégrine b1, les cellules ostéoblastes KAP ICAP-1 et les cellules ostéoblastes double KO b1 / ICAP-1 afin de surveiller le comportement de l'intégrine b3. Comme prévu, l'épuisement de l'intégrine b1 est associé à la perte d'étalement cellulaire et à la génération de force selon la mesure de la microscopie par force de traction. De manière surprenante, la suppression supplémentaire de ICAP-1 (b1 intégrine et ICAP-1 KO) conduit à la restauration de l'étalement cellulaire et de la génération de force qui dépend de l'intégrine b3. Ces forces médiées par l'intégrine b3 sont corrélées avec la diffusion lente de l'intégrine b3 dans les sites d'adhésion et le renouvellement lent de l'adhésion focale contenant l'intégrine b3 (FRAP / TIRF / vidéomicroscopie). Nous avons abordé la question de savoir si ICAP-1 pourrait réguler l'endocytose de l'intégrine b3 puisque ICAP-1 interagit avec nm23-H2 (Fournier et al., 2002), un nucléoside diphosphate kinases (NDPK) impliqué dans l'endocytose à médiation par dynamine en produisant du GTP à travers l'adénosine triphosphate (ATP) de conversion du diphosphate de guanosine (PIB) (Boissan et al., 2014). Nous montrons que la suppression de nm23 ou de dynamine ou de chlatrine dans les cellules épuisées dans l'intégrine b1 est capable d'imiter la perte combinée de l'intégrine b1 et de l'ICAP-1 en rétablissant l'étalement cellulaire, la génération de force et la dynamique de l'intégrine b3. Pour confirmer l'implication de l'ICAP-1 dans l'endocytose de l'intégrine b3, nous montrons que l'absorption de l'anticorps de l'intégrine b3 est efficacement bloquée dans les cellules épuisées dans ICAP-1. Nos résultats suggèrent que ICAP-1 pourrait être impliqué dans la dynamique de l'intégrine et la génération de force en contrôlant l'endocytose de l'intégrine grâce à la scission dépendant de nm23 des puits endocytaires de la couche de chlatrine.


  • Résumé

    ICAP-1 is involved in integrin dynamics and force generation by controlling integrin endocytosis through nm23-dependent scission of endocytic chlatrin coated pits.ICAP-1 has been identified as a specific partner of b1 integrin (Degani et al., 2002; Zhang and Hemler, 1999). We have previously shown that ICAP-1 is involved in cell mechanoresponse and cell differentiation in a b1 integrin dependent manner (Bouvard et al., 2007; Brunner et al., 2011; Faurobert et al., 2013; Millon-Frémillon et al., 2008; Renz et al., 2015). However, as ICAP-1 is also able to adapt cell migration in response to substrate stiffness in a β1-integrin-independent manner (Bouin et al., 2017), we speculated on a more general role of ICAP-1 in cell adhesion and focal adhesion dynamics. For this purpose we have created cellular environment where b1 integrin and/or ICAP-1 were absent by using four cell lines: WT osteoblast, b1 integrin KO osteoblast cells, ICAP-1 KO osteoblast cells and double KO b1/ICAP-1 osteoblast cells in order to monitor b3 integrin behavior. As expected, depletion of b1 integrin is associated with the loss of cell spreading and force generation according traction force microscopy measurement. Surprisingly, the supplementary deletion of ICAP-1 (b1 integrin and ICAP-1 KO) leads to restoration of cell spreading and force generation which are dependent on b3 integrin. These b3 integrin-mediated forces are correlated with slow diffusion of b3 integrin within adhesion sites and slow turnover of b3 integrin containing focal adhesion (FRAP/TIRF/videomicroscopy). We addressed the question whether ICAP-1 might regulate b3 integrin endocytosis since ICAP-1 interacts with nm23-H2 (Fournier et al., 2002), a nucleoside diphosphate kinases (NDPKs) involved in dynamin-mediated endocytosis by producing GTP through adenosine triphosphate (ATP)–driven conversion of guanosine diphosphate (GDP) (Boissan et al., 2014). We show that the deletion of either nm23 or dynamin or chlatrin in cells depleted in b1 integrin is able to mimic the combined loss of b1 integrin and ICAP-1 by restoring cell spreading, force generation and b3 integrin dynamics. To confirm the involvement of ICAP-1 in b3 integrin endocytosis, we show that the b3 integrin antibody uptake is efficiently blocked in cells depleted in ICAP-1. Our results suggest that ICAP-1 might be involved in integrin dynamics and force generation by controlling integrin endocytosis through nm23-dependent scission of endocytic chlatrin coated pits.

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