Rôle des filaments intermédiaires dans la mécanotransduction

Role of intermediate filaments in mechanotransduction

• Auteur / Autrice : Gaëlle Dutour Provenzano
• Direction : Sandrine Étienne-Manneville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 02/11/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Polarité cellulaire, Migration et Cancer
• Jury : Président / Présidente : Catherine Coirault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabrina Batonnet-Pichon, Nicolas Borghi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

Filaments intermédiaires

Intégrines

Astrocytes

Transduction du signal cellulaire

Cellules -- Adhésivité

Protéines de la matrice extracellulaire

Mots clés libres

Filaments intermédiaires

Mécanotransduction

Rigidité du substrat

Morphologie du noyau

Astrocytes primaires

Cytosquelette

Intermediate filaments

Mechanotransduction

Substrate rigidity

Morphology of the nucleus

Primary astrocytes

Cytoskeleton

Résumé

Les cellules s'adaptent en permanence à leur microenvironnement. En particulier, elles modifient leur morphologie, leur croissance, leur division et leur motilité en fonction des propriétés biochimiques et physiques de la matrice extracellulaire (MEC). Elles sont équipées de structures adhésives appelées plaques d’adhérences, permettant aux cellules d'interagir avec les protéines de la MEC via les protéines transmembranaires appelées intégrines et de détecter la nature et la rigidité de la MEC. Le signal est transduit par les protéines des plaques d’adhérences et résulte par exemple en une modification de la tension mécanique induite par l'acto-myosine. Les voies de signalisation en aval peuvent également atteindre le noyau. L'expression des gènes peut alors être modifiée, ce qui peut en retour affecter la composition des plaques d’adhérences et de la MEC pour une réponse cellulaire adaptative. Nous avons émis l'hypothèse qu'en plus des voies de signalisation, un couplage mécanique direct entre les événements se produisant à la périphérie de la cellule et le noyau pourrait participer à la transmission de signaux mécaniques. Bien que les filaments intermédiaires (FIs) aient des propriétés mécaniques extrêmement intéressantes et résistent à des charges de tension élevées, leur implication dans les voies de mécanotransduction est encore mal connue. En utilisant l'astrocyte comme modèle, en raison de sa combinaison spécifique de FIs : vimentine, GFAP, nestine et synémine, nous avons d'abord étudié l'effet de la rigidité du substrat sur la morphologie, la structure et les fonctions du noyau, ainsi que sur l'organisation des FIs autour du noyau. Nous avons ensuite étudié l’impact de l’absence de FI les changements nucléaires observés en réponse à la rigidité du substrat. En utilisant une combinaison de techniques de microfabrication, de méthodes biochimiques et de microscopie, nous avons montré que la rigidité du substrat affecte la forme, le volume du noyau, la structure de la chromatine et le recrutement des facteurs de transcriptions (YAP). Nos résultats suggèrent que les FI forment une structure en forme de cage autour du noyau d'une manière dépendante de la rigidité : un substrat plus rigide induit la formation d’une cage de vimentine et de nestine. Cette interaction avec le noyau pourrait expliquer les modifications nucléaires observées en réponse à la rigidité du substrat. Au total, les résultats obtenus au cours de notre étude permettent de mieux comprendre le rôle des filaments intermédiaires dans les réponses nucléaires aux propriétés mécaniques du substrat.

Cells continuously adapt to their microenvironment. In particular, they modulate their morphology, growth, division, and motility according to the biochemical and physical properties of the extracellular matrix (ECM). Cells are equipped with adhesive structures called FAs, allowing them to interact with ECM proteins through the core transmembrane proteins called integrins and to sense the nature and the rigidity of the ECM. This information are transduced by FA proteins and lead, for instance, to changes in acto-myosin-mediated mechanical tension. Downstream signalling pathways also reach the nucleus; gene expression is then modified and may, in return, affect the composition of FAs or of the ECM proteins for adaptative cell response. Here, we hypothesized that, in addition to signalling pathways, a direct mechanical coupling between the events occurring at the cell periphery and the nucleus may participate in the transmission of mechanical cues and the regulation of nuclear functions. Although intermediate filaments (IFs) have extremely interesting mechanical properties and resist high tension load, their involvement in mechanotransduction pathways remains elusive. Using astrocyte as a model, due to its specific combination of IFs: vimentin, GFAP, nestin, and synemin, we studied first the effect of substrate rigidity on the nucleus morphology and function, and on the organisation of IFs around the nucleus. Then, we investigated the role of IFs in rigidity-induced nuclear changes. Using a combination of microfabrication techniques, biochemical and microscopy methods, we showed that substrate rigidity affects the nucleus shape, volume, and structure of the chromatin and the recruitment of transcription factor (YAP) and IFs are mediating these changes. Our results suggest that IFs form a cage-like structure around the nucleus in a rigidity-dependent manner: stiffer substrates promote the formation of a cage of vimentin and nestin. In the absence of IFs, the nuclear changes induced by rigidity are different than with IF. The nucleus increases its size in soft substrate, together with an increase in tension measured by YAP localising in the nucleus. The structure of the chromatin is changed. Altogether, the results obtained during our investigation give a better understanding of the role of intermediate filaments in the mechanosensitive nuclear responses.