Actin network architecture and dynamics studied in vitro and in vivo

par Majdouline Abou-Ghali

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Julie Plastino.

Soutenue le 29-03-2019

à Sorbonne université , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Unité physico-chimie Curie (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Olivia Du Roure.

Le jury était composé de Antoine Jegou, François Robin.

Les rapporteurs étaient Rajaa Boujemaa-Paterski, Christophe Le Clainche.

  • Titre traduit

    Étude de l’architecture et la dynamique du réseau d’actine in vitro and in vivo


  • Résumé

    Le changement de forme des cellules est primordial pour différents processus cellulaires tels que la motilité et division cellulaire, et certaines pathologies comme les métastases cancéreuses. La forme de la cellule est assurée par son cytosquelette. Un composant majeur du cytosquelette est l’actine. J’ai étudié le rôle de l’actine dans des systèmes in vitro et in vivo. In vitro, en utilisant un système reconstitué de l’assemblage de l’actine, j’examine le rôle de la protéine Ena/VASP. Mes résultats montrent que VASP est impliqué dans la polarisation de la croissance du réseau d’actine vers une surface en absence des protéines de coiffe, en induisant une augmentation de l’activité du complexe Arp2/3 à la surface formant un réseau d’actine polarisé. Je propose aussi un modèle de fonctionnement où la protéine VASP produit plus de filaments mère utilisés pour le branchement par Arp2/3. En utilisant le même système, j’ai identifié une nouvelle molécule qui inhibe l’activité du complexe Arp2/3 de manière contrôlée par la lumière. In vivo, j’ai commencé à explorer l’architecture de l’actine pendant la première division cellulaire de nématodes génétiquement différents de C. elegans. J’ai réduit le nombre d’outils pouvant être utilisés pour visualiser le réseau d’actine dans ces espèces. En somme, ces résultats montrent qu’en présence de Ena/VASP les protéines de coiffe ne sont pas nécessaires à la croissance polarisée du réseau, ni à sa motilité. Enfin, nous avons pu aider à identifier une molécule photoconvertible qui inhibe l’activité du complexe Arp2/3, qui peut être utilisée pour étudier le rôle du complexe dans des processus cellulaires de manière contrôlée.


  • Résumé

    Cell shape changes are crucial for different cell processes such as cell motility, division, and are involved in pathologies like cancer. Cell shape is established by the cellular cytoskeleton. A key component of the cytoskeleton is actin. I studied actin network architecture and dynamics both in vitro and in vivo. For the in vitro part, I used a reconstituted system of actin assembly to examine the role of the barbed end elongation enhancement protein, Ena/VASP. I revealed the contribution of VASP in polarizing the growth of an actin network towards a surface in absence of capping protein, by promoting Arp2/3 complex activity at the surface that initiates actin network. I suggest a mode of action where VASP enhances Arp2/3 complex-based growth by providing mother filaments for Arp2/3 complex branch initiation. Using the same system and through a collaboration with chemists, we identified a new light controlled molecule based on CK-666, that inhibits Arp2/3 complex activity. In vivo, I started exploring actin architecture during the first cell division of nematode species that are genetically distant from C. elegans. I narrowed the window of tools that can be used to visualize the actin network in such nematodes. Overall these results demonstrate that capping protein was not necessary for polarized actin growth and motility in presence of VASP. VASP enhanced the activity of the Arp2/3 complex at the surface thus inducing a polarized growth of the network. I identified a photoswitchable Arp2/3 complex inhibitor, subsequent derivatives of which could be used to study the role of the Arp2/3 complex in cellular processes in a controlled manner.


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