Myosine 1b – Mécanique membranaire et dynamique cellulaire

Myosin 1b – Membrane mechanics and cellular dynamics

• Auteur / Autrice : Thibaut Lagny
• Direction : Patricia Bassereau, Evelyne Coudrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/07/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Cellules et Cancer (Paris ; 2024-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Marguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Bassereau, Evelyne Coudrier, Didier Marguet, Pieta Mattila, Jure Derganc, Alba Diz muñoz, Roland Wedlich-Söldner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pieta Mattila, Jure Derganc

Mots clés

Mots clés libres

Nanotubes membranaires

Diffusion de récepteurs transmembranaires

Flux d'actine

Myosine 1b

EphB2

Pince optique

Membrane nanotubes

Transmembrane receptor diffusion

Actin flows

Myosin 1b

EphB2

Optical tweezer

Résumé

La myosine 1b, un moteur moléculaire non-conventionnel, est impliquée dans une variété de processus cellulaires, contrôlant, par exemple la morphologie endomembranaire, le développement des axones et la ségrégation cellulaire. Le mécanisme par lequel la myosine 1b est capable de remplir ses fonctions dans une variété de régions cellulaires reste inconnu à ce jour, mais les phénotypes décrits suggèrent un rôle de la myosine 1b à l'interface entre les membranes et l'actine. Notamment, elle est nécessaire pour une ségrégation cellulaire efficace après l'activation du récepteur EphB2 qui induit la contraction cellulaire.Cette thèse présente une caractérisation détaillée des effets de la myosine 1b sur (1) les propriétés mécaniques de la membrane cellulaire, étudiées par tirage de tubes membranaires à l’aide d’une pince optique, et (2) la dynamique du cytosquelette d'actine et des protéines transmembranaires, étudiées à l’aide d’une variété de méthodes basées sur l’imagerie microscopique.Dans cette thèse nous montrons que les myosines de classe 1 ne changent pas généralement la tension membranaire effective dans les cellules adhérentes, probablement en raison de mécanismes de compensation efficaces. De plus, nous montrons que la friction entre le cortex d'actine et la membrane plasmique dépend de la densité totale des liens entre membrane et cortex et de la fraction relative des protéines liées. L’inefficacité de la contraction cellulaire observée en absence de la myosine 1b est donc indépendante d'un changement global et persistant de la tension membranaire effective.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous montrons que la myosine 1b ne modifie pas la dynamique du récepteur EphB2, c'est-à-dire son comportement de diffusion et de clustering, dans la membrane plasmique.Enfin, en utilisant la microscopie TIRF-SIM et une description quantitative des flux d'actine, nous révélons que la myosine 1b a un effet intrigant mais non-intuitif sur la dynamique de l'actine à la surface ventrale des cellules.En conclusion, même si le mécanisme par lequel la myosine 1b change la réponse cellulaire après stimulation des récepteurs EphB2 reste encore inconnu, nous avons finalement été en mesure de lier sa fonction à une observation bien définie et quantifiable, à savoir la modification de la dynamique des flux d'actine. Les expériences futures seront en mesure de répondre à cette observation et de disséquer son mécanisme sous-jacent. Cela permettra de conclure si la myosine 1b a un effet commun qui régit tous ses rôles biologiques décrits.

The unconventional motor protein myosin 1b is involved in a variety of cellular processes, controlling, e.g. endomembrane shape, axon development, and cell segregation. The mechanism by which myosin 1b is able to fulfil its functions in a variety of cellular locations remains unknown to date, yet the described phenotypes suggest a role of myosin 1b at the interface between membranes and actin. Notably, it is required for efficient cell segregation after activation of the EphB2 receptor which induces cell contraction.This thesis presents a detailed characterization of the effects of myosin 1b on (1) the mechanical properties of the cell membrane, studied by membrane tether pulling with an optical tweezer, and (2) the dynamics of the actin cytoskeleton and transmembrane proteins, studied by a variety of microscopy-based methods.Here we show that class 1 myosins do not generally change effective membrane tension in adherent cells, likely due to efficient compensation mechanisms. Furthermore, we show that friction between the actin cortex and the plasma membrane depends on the total density of membrane-cortex linkers and the relative fraction of bound proteins. The observed deficiency in cell contraction in absence of myosin 1b is thus independent of a persistent, global change in effective membrane tension.In the second part of this thesis, we show that myosin 1b likely does not change EphB2’s receptor dynamics in the plasma membrane, i.e. its diffusion and clustering behavior.Finally, using TIRF-SIM imaging and quantitative description of actin flows, we reveal that myosin 1b has an intriguing yet non-intuitive effect on actin dynamics at the cellular ventral surface.In conclusion, even if the mechanism by which myosin 1b changes cellular response to EphB2 stimulation still remains unknown, we have finally been able to pinpoint its function to a well-defined and quantifiable observation, i.e. changed actin flow dynamics. Future experiments will be able to address this observation and dissect its underlying mechanism. This will allow concluding on whether myosin 1b has a common effect that governs all its described biological roles.