Etude mécanique des adhésions cellule-cellule : Rôle de l'interaction α-caténine/vinculine dans la mécanotransduction des contacts intercellulaires

• Auteur / Autrice : Rima Seddiki
• Direction : Benoît Ladoux, René-Marc Mège
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Frontières du vivant
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adhérence cellulaire

Actomyosine

Mécanotransduction cellulaire

Vinculine

alpha-Caténine

Résumé

La mécanique tissulaire est importante pour la morphogenèse, l'homéostasie des tissus ainsi que pour la cicatrisation des plaies. Les cellules exercent des forces mécaniques sur leurs voisines, au niveau des sites d'adhésion cellule-cellule, typiquement via les cadhérines. Les cadhérines agissent comme des mécanotransducteurs permettant aux adhésions intercellulaires de percevoir, de transmettre et de s'adapter au stress mécanique. Cependant, très peu de données existent permettant d'expliquer les mécanismes mis en jeu dans la mécanotransduction au sein des adhésions cadhérine-dépendantes. Notre équipe a récemment montré que l'α-caténine se déplie de manière réversible, sous l'effet de l'application d'une force à l'aide de pinces magnétiques permettant ainsi la liaison d'une autre protéine de liaison à l'actine, la vinculine. Cela suggère que la liaison de la vinculine dépendante de la tension à l'a¬caténine est essentielle pour la mécanosensibilité des adhésions cadhérines. Mon projet de thèse visait à étudier, au sein de feuillets épithéliaux, les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables du renforcement et de l'adaptation des jonctions intercellulaires aux contraintes mécaniques. J'ai étudié en particulier la contribution de l'α-caténine, protéine qui assure le lien entre les cadhérines et l'actine et de sa partenaire la vinculine, à la perception et à la transduction des forces mécaniques au niveau des contacts cellule-cellule. J'ai construit deux formes mutantes d'α-caténine fusionnées à la GFP : l'une portant une mutation ponctuelle dans le domaine de liaison à la vinculine (L344P), la seconde délétée des domaines de modulation MI et MII (DeltaMod). Le mutant L344P ne lie pas la vinculine, contrairement au mutant DeltaMod qui la lie de manière constitutive. L'expression des deux mutants, dans des cellules MDCK dépourvues d'a-caténine, restaure les contacts intercellulaires, bien que le mutant L344P ne permet pas le recrutement de la vinculine. Les analyses de FRAP ont montré que la vinculine stabilise l'a-caténine aux contacts cellule-cellule. Par la suite, en cultivant les cellules MDCK sur des substrats de rigidité contrôlée, j'ai d'abord montré, que la rigidité du substrat induit le renforcement des contacts intercellulaires. La stabilité de l'a-caténine, au niveau des zones de contacts cellule-cellule, ainsi que le recrutement de la vinculine et de l'actine augmentent avec la rigidité du substrat. De plus, l'analyse de la dynamique de cohésion des cellules et de la transmission des forces a révélé que la stabilité des contacts cellule-cellule et la transmission des forces ainsi que le mouvement collectif des cellules augmentent avec la capacité de l'a-caténine à lier la vinculine. Ainsi, l'interaction entre l'α-caténine et la vinculine est cruciale pour la mécanosensibilité et la mécanotransduction des adhésions dépendantes de la E-cadhérine. Cette interaction est nécessaire aux cellules pour développer des contacts intercellulaires stables et pour coordonner leurs mouvements lors de la migration cellulaire collective. Dans un contexte pathologique comme les phénomènes de cancérisation, la perte des contacts cellulaires est un des facteurs cruciaux pour le développement de métastases, signant ainsi la gravité et parfois l'échappement thérapeutique. La compréhension des mécanismes qui sous-tendent la stabilité des adhésions intercellulaires et la migration cellulaire est donc primordiale pour développer à plus long terme des thérapeutiques adaptées.

Tissue-scale mechanics is important in morphogenesisihomeostasis and wound healing. Cells apply mechanical force on each other at sites of cell-ceil adhesion, typically through cadherins. Cadherins act as mechanotransducers allowing intercellular adhesions to sense, transmit and adapt to mechanical stress. However, mechanotransduction through cadherin contacts remains a poorly understood problem in mechanobiology. Our team recently demonstrated that a¬catenin reversibly unfolds upon physiologically-relevant forces allowing the binding of another actin binding protein, vinculin, suggesting that the tension-dependent binding of vinculin to α-catenin is essential for cell-cell adhesion mechanosensing. During my thesis I focused on the role of a-catenin which links cadherins to the acto-myosin network and her partner, vinculin, in the mechanotransduction of cadherin adhesion. I generated GFP-tagged mutated a-catenin constructs: one bearing a point mutation in the vinculin binding domain (L344P) and the other deleted of the MI and MII modulation domains (DeltaMod), not able to bind and constitutively binding vinculin, respectively. Both constructs expressed in a-catenin-depleted MDCK cells restored the formation of E-cadherin-mediated cell-cell contacts, although L344P did not allow vinculin recruitment. Then, by piating epithelial MDCK cells on substrates of controlled rigidities, I first showed that the stability of a-catenin at cell-cell contacts, as analyzed by FRAP, as well as the extent of recruitment of vinculin and actin increases with substrate stiffness. I further showed that the binding of vinculin regulates the stiffness-dependent stabilization of a-catenin at cell-cell contacts. The analysis of cell-cell cohesion dynamics, by Particle Imaging Velocimetry (PIV), and force transmission, by micro-force sensor substrate on confined fibronectin-coated substrates revealed that cell-cell contact stability, cell-to-cell mechanical coupling and collective movement ail increase with the ability of α-catenin to bind vinculin. Thus the interaction between a-catenin and vinculin is crucial for cell-cell adhesion to sense and adapt to mechanical stress. This interaction in needed for cells to develop stable cell-cell contacts and long-range interactions as well as coordinated motions. In a pathological context such as cancer, loss of cell-cell contact is crucial for the development of metastases, identifying the severity and often leading to therapeutic failure. Thus understandinç the mechanisms underlying cell-cell adhesions stability and cell migration is critical to develop longer-term adapted therapeutics.