Etude de la réponse cellulaire à un différentiel de tensions mécaniques : étude spatio-temporelle à l'aide de pinces optiques multiples

Study of cell response to a differential of mechanical tensions : a spatio-temporal study using multiple optical tweezers

• Auteur / Autrice : Myriam Allioux-Guérin
• Direction : Maïté Coppey-Moisan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interfaces Physique - Biologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adhérence cellulaire

Contrainte mécanique

Pinces optiques

Cytosquelette

Actomyosine

Résumé

De plus en plus d'études mettent en évidence l'importance des tensions mécaniques dans le devenir cellulaire. Une cellule est capable de sentir les modifications mécaniques de son environnement et d'y répondre. Cependant, les mécanismes de régulation de ces phénomènes sont encore peu connus. Mon projet de thèse a analysé l'impact de faibles tensions mécaniques sur la réponse cellulaire. En utilisant des billes fonctionnalisées avec de la fibronectine et piégées à l'aide de pinces optiques multiples, nous avons appliqué de faibles tensions mécaniques sur le cortex d'une cellule unique mimant ainsi des points d'adhésions de rigidité accrue. Ce système couplé à la microscopie de fluorescence, nous permet une étude quantitative et spatio-temporelle de la réponse cellulaire. Dans un premier temps, nous montrons qu'une cellule ressent un différentiel de faibles tensions et y répond en régulant temporellement et, proportionnellement à la rigidité extérieure, la création de forces cellulaires de traction et le recrutement de complexes d'adhésion et de protéines d'acto-myosine. Cette régulation résulte en la conservation du déplacement de la matrice extracellulaire à chaque instant. Dans un second temps, nous avons étudié la manière dont l'environnement mécanique peut influencer le processus de polarisation cellulaire. Pour cela nous avons travaillé sur des cellules non adhérentes sur lesquelles nous avons appliqué des points d'adhésion de faible rigidité. Nous observons une modification de la forme cellulaire et un déplacement du centrosome vers la zone sous contraintes indiquant une possible influence des tensions mécaniques sur l'établissement de la polarisation.

The mechanical environment crucially influences cells life. Cells feel external mechanical stimuli and adapt to it. However how all these mechanisms are regulated remains unclear. In this context, the aim of my project was to analyze how weak external mechanical tensions influence cell response. Beads functionalized with fibronectin and trapped by multiple optical tweezers are applied on the cortex of a single cell. With this method, we mimic cell adhesions of increased rigidity. This System is coupled with fluorescence microscopy allowing quantitative and spatio-temporal study of the cell response. First, we show that a single cell feel a weak rigidity differential. It locally adapts to it developing cell traction forces on beads and recruiting adhesion complexes and acto-myosin proteins. All these process are temporally regulated proportionally to the external rigidity. This results in the conservation of the extracellular matrix displacement created by the cell forces at each time. In a second part, we study the influence of mechanical tensions on the cell polarization process. We use non adherent cells upon which we apply adhesion points of weak rigidities. We highlight a deformation of the cellular cortex and a displacement of the centrosome upon the area under constrain. It indicates a possible influence of mechanical tensions on the establishment of cell polarization.