Régulation de Yap et de la prolifération cellulaire pendant la migration épithéliale in vitro

Yap regulation and cell proliferation during epithelial migration in vitro

• Auteur / Autrice : Simon Begnaud
• Direction : René-Marc Mège
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 22/09/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jacques Monod (Paris ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Di Meglio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : René-Marc Mège, Jean-Marc Di Meglio, Guillaume Charras, Corinne Albiges-Rizo, Benoît Ladoux, Catherine Coirault, Elsa Bazellières
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Charras, Corinne Albiges-Rizo

Mots clés

Mots clés contrôlés

physiologie

Adhérence cellulaire

Mouvement cellulaire

méthodes

Microtechnologie

Cellules -- Prolifération

Mots clés libres

Yap

Contacts cellule-substrat

Yap

Cell-substrate contacts

Résumé

Lors d’une blessure, les cellules migrent et prolifèrent collectivement pour rétablir la continuité de l’épithélium. En migrant, les cellules exercent des forces entre elles ainsi que sur le substrat et de nombreuses études suggèrent un couplage mécanique entre la migration et la prolifération. Récemment découvert, le cofacteur de transcription Yap (Yes-associated protein) est régulé par des signaux mécaniques. L’activation de YAP se traduit par sa rétention nucléaire et augmente la prolifération cellulaire. D’un point de vue mécanique, l’engagement des intégrines dans les adhésions focales, l’aire d’étalement des cellules et la contractilité de l’actomyosine activent YAP. Au contraire, l’engagement des cadhérines dans les jonctions intercellulaires inhibent Yap. A ce jour, les contributions respectives des contacts cellulaires et de l’actomyosine pour la régulation de Yap de de la prolifération restent inexplorées.Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle des adhésions au substrat, des jonctions cellule-cellule, du cytosquelette d’actomyosine et de la tension mécanique inter- et intracellulaire sur l’activation de YAP et sur la prolifération cellulaire pendant la cicatrisation épithéliale.D’abord, nous avons étudié le rôle de l’étalement cellulaire et des forces transmises par les contacts cellule-substrat sur la régulation de la localisation de Yap. En confinement sur des motifs adhésifs micro-fabriqués, les kératinocytes humains (HaCaT) adoptent un mouvement collectif oscillatoire. En combinant la vidéomicroscopie, la microscopie à force de traction (TFM) et l’analyse quantitative d’images, nous avons d’abord montré que la migration des cellules est alternativement divergente et convergente ce qui régule l’étalement des cellules. Nous avons ensuite montré que l’étalement d’une cellule est corrélé aux forces de traction sur le substrat et à la relocalisation nucléaire de Yap. Bien qu’ils soient encore préliminaires, ces résultats suggèrent que Yap est régulé par les forces transmises au contacts cellule-substrat pendant la migration épithéliale.Ensuite, nous nous sommes intéressés à la régulation de Yap et de la prolifération cellulaire pendant la migration épitheliale en absence de contacts cellule-substrat. Pour cela, nous avons forcé la migration de monocouches de cellules HaCaT sur des bandes adhérentes séparées de bandes cytorépulsives. Lorsqu’elles migrent sur les bandes adhérentes, les cellules HaCaT étendent une couche de cellules suspendues au-dessus des bandes cytorépulsives. Les cellules suspendues sont cohésives entre elles mais n’interagissent pas avec le substrat. Dans le feuillet de cellules suspendues, les fibres de stress d’actine se réorganisent à l’échelle du tissu grâce au renforcement des contacts cellule-cellule et la contractilité est augmentée. Ce modèle est le premier qui permet de découpler la contractilité de l’actomyosine et les adhésions cellule-substrat pendant la migration épithéliale. Malgré l’augmentation des contraintes d’étirement, l’absence de contacts cellule-substrat empêche la localisation nucléaire de YAP et inhibe la prolifération des cellules suspendues. En conclusion, l’engagement de contacts cellule-substrat sont nécessaires à la localisation nucléaire de Yap et à l’augmentation de la prolifération pendant la cicatrisation épithéliale in vitro.Ces travaux démontrent que les forces de traction sur le substrat sont associées à la localisation nucléaire de Yap et à l’augmentation de la prolifération pendant la migration épithéliale in vitro

After a wound, cells both migrate and proliferate collectively to restore epithelial continuity and to heal the wound. While migrating, cells exert forces on the substrate and pull on each other. Several previous studies suggest a mechanical coupling between collective cell migration and proliferation. Recently discovered, the transcription co-factor Yap (Yes-associated protein) is regulated by mechanical signal. Yap activation induces its nuclear retention and cell cycle progression. Integrin engagement on cell-substrate contacts, cell spreading and actin contractility are related to Yap activation. In turn, cadherin engagement and forces in cell-cell contacts induces Yap nuclear exclusion and reduce cell proliferation. Integrins and cadherins anchor actomyosin cytoskeleton and to date, and the respective contributions of cell-substrate adhesions, cell-cell junctions and actin cytoskeleton on regulation Yap and cell proliferation remain unexplored.In this thesis, we interested in the role of substrate adhesions, cell-cell junctions, actomyosin cytoskeleton and cell mechanical loading on Yap activation and cell proliferation during epithelial wound healing.First, we aim to understand the role of cell spreading and mechanical loading of cell-substrate contacts on the regulation of Yap localisation. Confined on microfabricated adhesive patterns, human keratinocytes HaCaT adopt an oscillatory collective motion. Combining videomicroscopy, traction force microscopy (TFM) and quantitative image analysis, we show that collective cell movements are alternatively divergent and convergent which regulate local cell spreading. Then, we show that cell spreading correlate with traction forces on the substrate and nuclear localisation of Yap. While it remains preliminary, our data show that forces at cell-substrate contacts and cell spreading induce nuclear localisation of Yap during collective cell movements.In the second part of the thesis, we interested on Yap localisation and proliferation during epithelial migration in absence of cell-substrate contacts. To do so, we forced migration of monolayer of HaCaT keratinocytes on micropattern comprising alternatively adherent and cytorepulsive stripes. While migrating on adherent line, cells extend a multicellular layer over the non-adherent areas. Suspended cells are cohesive with each other but do not engage cell-substrate adhesion. In the suspended cell layer, actin stress fibres reorganise at the tissue level thanks to reinforcement of cell-cell contacts and contractility is increased. This model is the first one that allow to decouple actomyosin contractility and cell-substrate contact during epithelial migration. Despite increased stretching stress, absence of cell-substrate contacts induces Yap cytoplasmic localisation and inhibits cell proliferation. To conclude, cell-substrate contact engagement is necessary to induce Yap nuclear localisation and increase cell proliferation during epithelial wound healing in vitro.This work demonstrates that traction forces through cell-substrate contacts are associated to nuclear localisation of Yap and to increased cell proliferation during epithelial wound healing in vitro