Le complexe LINC est un mécanotransducteur qui régule la signalisation de la caténine au cours des transitions épithélo-mésenchymateuses

The LINC complexe is a mechanotransducer that regulates catenin signaling during epithelial-mesenchymal transitions

• Auteur / Autrice : Pietro Salvatore Carollo
• Direction : Nicolas Borghi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Frontières du vivant. Biologie Cellulaire
• Date : Soutenance le 19/11/2019
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jacques Monod (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Guichet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Borghi, Antoine Guichet, Catherine Coirault, Philippe Chavrier, Sandrine Étienne-Manneville, Christophe Guilluy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Coirault, Philippe Chavrier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caténines

Enveloppe nucléaire

Mécanotransduction cellulaire

Microscopie

Enveloppe nucléaire

Transduction du signal cellulaire

Mots clés libres

Mécanotransduction

Enveloppe nucléaire

Complexe LINC

Αlfa et β-caténines

TEM

Biosenseur FRET

Microscopie

Mechanotransduction

Nuclear Envelope

LINC complex

Αlfa and β-catenins

EMT

FRET biosensor

Microscopy

Résumé

Dans les organismes multicellulaires, les cellules génèrent et subissent des forces mécaniques. En conséquence, ces forces peuvent réguler le comportement cellulaire ainsi que l'organisation des tissus grâce à un processus appelé «mécanotransduction», par lequel les cellules convertissent les stimuli mécaniques en signaux biochimiques. Dans les cellules animales, le noyau est couplé mécaniquement par le cytosquelette aux complexes d’adhésion cellulaire, de sorte que des signaux mécaniques extracellulaires puissent affecter la position et la forme du noyau. Un tel couplage mécanique est assuré par les protéines transmembranaires nucléaires externes, les nesprines, dont le domaine KASH interagit avec les protéines SUN transmembranaires nucléaires internes dans l'espace périnucléaire. Le domaine cytoplasmique des nesprines peut se lier au cytosquelette et le domaine nucléoplasmique des SUN au nucléosquelette pour former le complexe dit LINC: Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton. Les mutations ou la perte de protéines du complexe LINC altèrent l'intégrité de l'enveloppe nucléaire, l'ancrage du noyau, le positionnement des chromosomes, la réparation de l'ADN, la transcription et la réplication du génome et, de plus, la rupture du complexe LINC a un impact négatif sur la translocation nucléaire des co-facteurs de transcription. Cependant, il n’est pas clair si les conséquences d'un complexe LINC dysfonctionnel résultent d'une déficience de la mécanotransduction.Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la nesprine-2 géante (nesprine2G), qui forme un complexe avec et régule la localisation nucléaire de la β-caténine, un co-facteur de transcription majeur dans plusieurs processus morphogénétiques. Lors de l'induction de la transition épithélium-mésenchyme (TEM) -processus par lequel les cellules épithéliales peuvent acquérir progressivement une motilité accrue et une adhésion intercellulaire réduite- la compaction des cellules épithéliales régule la signalisation de la β-caténine. Nous avons donc émis l’hypothèse que le complexe LINC pourrait participer à cette régulation mécanique. À cette fin, nous avons combiné la microscopie de tension moléculaire, impliquant un biosenseur FRET codé génétiquement, à des perturbations mécaniques, génétiques et pharmacologiques de cellules fibroblastiques et épithéliales en culture.Nous avons constaté que le complexe LINC est mécanosensible à la compaction des cellules. De plus, la tension de nesprin2G augmente lors de l'induction d'une TEM partielle, mais pas d’une TEM complète, définissant ainsi deux mécanismes de translocation nucléaire de la β-caténine. Lors de l'induction de la TEM complète, la nesprine2G détendue recrute l'α-caténine au niveau de l'enveloppe nucléaire, ce qui entraîne une translocation nucléaire des deux caténines. Cependant, en cas de TEM partielle, la nesprine2G sous tension ne recrute pas d'α-caténine et seule la β-caténine effectue une translocation dans le noyau. Enfin, nous avons constaté que l'α-caténine séquestrait la β-caténine dans le noyau sous une forme transcriptionnellement moins active. Nous proposons donc que, d'une manière dépendant du programme de TEM, les nesprines mécanosensibles peuvent capturer, au niveau de l'enveloppe nucléaire, les caténines et réguler finement leur translocations et activités nucléaires.

In multicellular organisms, cells generate and experience mechanical forces. As a consequence, these forces can regulate cellular behaviour as well as tissue organization through a process known as “mechanotransduction”, by which cells convert mechanical stimuli into biochemical signals. In animal cells, the nucleus is mechanically coupled by the cytoskeleton to cell adhesion complexes, such that extracellular mechanical cues can affect the position and shape of the nucleus. Such mechanical coupling is provided by outer nuclear transmembrane proteins, nesprins, whose KASH domain interacts with inner nuclear transmembrane SUN proteins in the perinuclear space. The cytoplasmic domain of nesprins can bind to the cytoskeleton and the nucleoplasmic domain of SUNs to the nucleoskeleton to form the so-called LINC complex: Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton. Mutations in, or loss of LINC complex proteins impair nuclear envelope integrity, nucleus anchoring, chromosome positioning, DNA repair, genome transcription and replication and, in addition, LINC complex disruption negatively impacts nuclear translocation of transcription co-factors. However, it is still unclear whether the consequences of a dysfunctional LINC complex result from an impairment of mechanotransduction. In this thesis, we focused on nesprin-2 giant (nesprin2G), which forms a complex with and regulates the nuclear localization of -catenin, a major transcription co-factor in several morphogenetic processes. Upon induction of epithelial-mesenchymal transition (EMT) -a process through which epithelial cells can gradually acquire increased motility and decreased intercellular adhesion-, epithelial cell packing regulates β-catenin signalling. We thus hypothesized that the LINC complex could participate in this mechanical regulation. To this aim, we combined molecular tension microscopy, involving a genetically encoded FRET biosensor, with mechanical, genetic and pharmacological perturbations of fibroblastic and epithelial cells in culture.We found that the LINC complex is mechanosensitive to cell packing. Moreover, nesprin2G tension increases upon induction of partial, but not complete EMT, thereby defining two mechanisms of β-catenin nuclear translocation. Upon induction of complete EMT, relaxed nesprin2G recruits α-catenin at the nuclear envelope, which results in nuclear translocation of both catenins. Upon partial EMT however, tensed nesprin2G does not recruit α-catenin and only β-catenin translocates to the nucleus. Finally, we found that α-catenin sequesters β -catenin in the nucleus in a transcriptionally less active form. We thus propose that, in a manner dependent on the EMT program, mechanosensitive nesprins may capture, at the nuclear envelope, the catenins and fine-tune their nuclear translocation and activities.