Rôle de l'acétylation des microtubules dans la mécanotransduction et la migration cellulaire

The role of microtubule acetylation in cell migration and mechanotransduction

• Auteur / Autrice : Shailaja Seetharaman
• Direction : Sandrine Étienne-Manneville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et biologie du développement
• Date : Soutenance le 03/09/2020
• 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 Pasteur (Paris). Unité Polarité cellulaire, Migration et Cancer
• Partenaire(s) de recherche : Structure de recherche : Institut Pasteur. Département de Biologie cellulaire et infection (2006-….)
• Jury : Président / Présidente : Manuel Théry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Ridley
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roberto Mayor, Carsten Grashoff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtubules

Acétylation

Transduction du signal cellulaire

Mots clés libres

Mécanotransduction

Cytosquelette

Microtubules

Plaques d'adhérence

Adhésion cellulaire

Migration cellulaire

Actine

Contractilité cellulaire

Mechanotransduction

Cytoskeleton

Microtubules

Focal adhesions

Cell adhesion

Cell migration

Actin

Cell contractility

Résumé

L'adhésion des cellules à la matrice extracellulaire se fait par le biais de plaques d'adhérence. Ces structures d'adhérence qui mettent en jeu les intégrines, détectent les propriétés biochimiques et mécaniques de la matrice et les convertissent, par un processus appelé mécanotransduction, en signaux intracellulaires qui contrôlent des comportements cellulaires tels que la migration. La mécanotransduction au niveau des plaques d'adhérence affecte la dynamique de l'actine, la génération et la transmission des forces de traction et la migration cellulaire. Bien que les microtubules soient des acteurs clés de l'adhésion et de la migration cellulaire, leur régulation et leur rôle dans la mécanotransduction restent encore inconnus. Nous avons étudié les effets de deux modifications post-traductionnelles de la tubuline, à savoir l'acétylation et la détyrosination, dans la migration cellulaire. Nous montrons que l'acétylation des microtubules, et non la détyrosination, régule, via le trafic vésiculaire, la dynamique et la localisation des plaques d'adhérence dans les cellules en migration. Nous avons ensuite étudié le rôle de l'acétylation des microtubules dans la mécanotransduction. En utilisant une combinaison de méthodes de microfabrication, d'approches biophysiques et de techniques d'imagerie, nous montrons que la rigidité du substrat affecte l'acétylation des microtubules par le biais de la signalisation des intégrines beta1. Sur des substrats rigides, alpha-TAT1, l'enzyme responsable de l'acétylation des microtubules, est recrutée dans les adhérences focales où elle interagit avec la protéine mécanosensible talin. Une acétylation accrue des microtubules favorise l'activation de la RhoA, la contractilité cellulaire et les forces de traction. Ces résultats illustrent le rôle essentiel de l'acétylation des microtubules dans la régulation mécanosensible de l'adhérence et de la migration cellulaire. Nous proposons un nouveau mécanisme de rétroaction dans la mécanotransduction qui implique un dialogue entre les microtubules et l'actine au niveau des plaques d'adhérence. Ainsi, les cellules détectent la rigidité du substrat, modulent le niveau d'acétylation des microtubules, ce qui contrôle ensuite le cytosquelette d'actomyosine et la transmission de force sur le substrat pour favoriser la migration cellulaire.

Cell adhesion to the extracellular matrix occurs through integrin' mediated focal adhesions. These adhesions sense the biochemical and mechanical properties and convert them into signals transmitted within the cell to generate responses such as migration, through a process termed as mechanotransduction. Mechanotransduction at focal adhesions affects actin dynamics resulting in force transmission and cell migration. Although microtubules are key players in cell adhesion and migration, their regulation and role in mechanotransduction still remain elusive. We studied the effects of two post-translational modifications of tubulin, namely acetylation and detyrosination, in cell migration. We show that microtubule acetylation, and not detyrosination, regulates focal adhesion dynamics and cell migration through Rab6A-mediated vesicle transport towards focal adhesions. We then investigated the role of microtubule acetylation in mechanotransduction. Using a combination of microfabrication methods, biophysical approaches and imaging techniques, we show that substrate rigidity affects microtubule acetylation through beta-1 integrin signalling. On stiff substrates, alpha-TAT1, the enzyme responsible for microtubule acetylation, is recruited to focal adhesions where it interacts with the mechanosensor talin, in an actomyosin-dependent manner. Increased microtubule acetylation promotes RhoA activation, cell contractility and traction forces. These results illustrate the essential role of microtubule acetylation in the mechanosensitive regulation of focal adhesions and cell migration. We propose a novel feedback mechanism in mechanotransduction which involves a crosstalk between microtubules and actin at focal adhesions whereby, cells sense the rigidity of the substrate through integrin-mediated adhesions and actomyosin contraction, modulate their levels of microtubule acetylation, which then controls the actomyosin cytoskeleton and force transmission on the substrate to promote cell migration.