Approche mécanique de l'adhésion cellulaire, ouverture au diagnostic

A mechanical approach to cellular adhesions and its application to medical diagnostics

• Auteur / Autrice : Rachel Milloud
• Direction : Lionel Bureau, Martial Balland
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 26/09/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : François Gallet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Ruggiero
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Pierre Valignat, Sylvain Gabriele

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transduction du signal cellulaire

Biomécanique

Intégrines

Mots clés libres

Intégrines

Forces de traction

Mécanotransduction

Actine

Cadhérine

Integrins

Traction forces

Mechanotransduction

Actin

Cadherin

Résumé

La capacité des cellules à sentir les propriétés physiques de leur environnement est un facteur déterminant de l'homéostasie tissulaire. Ainsi, la rigidité de la matrice extracellulaire (forces exogènes) et les tensions du cytosquelette (forces endogènes) coopèrent de manière fonctionnelle modulant les transformations phénotypiques. Les cellules perçoivent et transmettent des forces en développant des structures d'adhérences appelées adhésions focales. Ces adhésions sont composées de protéines transmembranaires, les intégrines, qui font le lien entre le cytosquelette et la matrice extracellulaire.La partie centrale de mon projet de thèse aborde la question du couplage des intégrines b1 et b3 dans la mécanotransduction. Les données actuelles plaident fortement en faveur d'une relation bidirectionnelle entre l'adhésion intégrine-dépendante et les forces mécaniques générées dans ce processus. Les approches génétiques classiques ont souligné le rôle majeur des intégrines b1 et b3 dans mécanosensibilité cellulaire, sans préciser leur contribution relative. Par exemple, la manière dont la modulation de l'expression de l'intégrine b3 affecte la génération des forces de traction cellulaires et la distribution des adhésions intégrines-dépendantes reste à être explorées. Dans ce travail de thèse nous avons montré que les intégrines b1 ont un rôle essentiel dans la génération de forces cellulaires, que les intégrines b1 sont régulées négativement par les intégrines b3 en affectant la distribution spatiale des intégrines b1 à travers leur capacité à lier à la fois la taline et la kindline. Et enfin, nous avons montré que les intégrines b3 régulent temporellement l'activité contractile de la cellule.J'ai également participé à deux autres études dans le cadre de collaborations avec le Pr. Holmgren et le Dr. Debili, au cours desquelles j'ai utilisé la microscopie à traction de forces comme un outil diagnostique afin d'observer l'effet des forces contractiles dans la formation de la lumen aortique et de la formation des plaquettes sanguines. J'ai ainsi pu confirmer que la protéine amotL2, reliant les fibres contractiles aux VE-cadhérines, est impliquée dans la force intercellulaire nécessaire à la formation de la lumen aortique. Et lors d'une deuxième collaboration, j'ai pu montrer que la contractilité des mégacaryocytes, via leur système actomyosine, est nécessaire pour la formation des proplaquettes.

Cell ability to sense mechanical properties of their microenvironment is crucial for tissue homeostasis which means their capacity to maintain mechanical integrity as they are submitted to external forces.Integrins have been highlighted as mechanotransducers able to form micro-scale structures called focal adhesion sites which mechanically link cells to the extracellular matrix by recruiting various adaptors. Both b1 and b3 integrins have been identified as the principal actors of tensional homeostasis. However as the resulting mechanotransduction processes are intrinsically dynamic, the respective and cooperative roles b1 and b3 integrins need to be addressed over time and space.In the present work, coupling time-resolved traction force microscopy and genetics approaches, we investigated the respective role of b1 and b3 integrins in active force generation at the single cell level. Our findings show that b1 integrins has an essential role in generation of cellular traction forces, b1 integrin-generated force is negatively regulated by b3 integrins which impacts the redistribution of b1 integrin containing adhesion through its ability to bind to talin and kindlin, b3 integrin supports min-scale temporal regulation of cellular contractile activity generated by b1 integrin. Finally, cell mechanical equilibrium relies on the ability of cells to maintain a fixed contractile moment.I also participated in two others studies in the framework of collaborations in which I used the traction force microscopy as a diagnostic tool to observe the effect of contractile forces in the formation of the aortic lumen and the formation of proplatelets. I was able to confirm that the protein amotL2 connecting the contractile fibers to VE-cadherin, is involved in intercellular forces necessary for the formation of the aortic lumen. And in a second collaboration, where I found by using traction force microscopy that the contractility of megakaryocytes via its actomyosin system, is necessary for the formation proplatelets.