Étude de la dynamique de la myosine dans les stades précoces du développement embryonnaire du nématode C. elegans

Study of the dynamics of cortical myosin in the early embryo of the nematode C. elegans

• Auteur / Autrice : Karen Lorena Chauca Espinoza
• Direction : François Robin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement (Paris ; 1997-2024)
• Jury : Président / Présidente : Franck Perez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Mirouse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Leduc, Anne Rabut
• DOI : 10.70675/aec658f0zed74z4d3azbe07zf7c1005de704

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myosines

Embryons

Microscopie à super-résolution

Morphogenèse

Caenorhabditis elegans

Mots clés libres

Embryon

C. elegans

Myosine

Superresolution

Behavior

Unité fonctionnelle

Embryo

C. elegans

Myosin

Superresolution

Behavior

Functional unity

Résumé

La myosine II non musculaire est un acteur clé dans la morphogenèse cellulaire et tissulaire. La dynamique corticale de la myosine sous forme de minifilaments in vivo reste cependant mal comprise. Ici, nous utilisons la microscopie SIM-TIRF dans un embryon en développement pour mieux comprendre les mécanismes et la structure de l’assemblage des minifilaments bipolaires. En combinant la microscopie SIM-TIRF et TIRF à molécule unique, nous avons d'abord caractérisé la structure des minifilaments, en particulier leur taille et leur stœchiométrie, à plusieurs stades du début de l'embryon. À l'aide de films SIM-TIRF à haute résolution temporelle, nous avons ensuite caractérisé une gamme diversifiée de comportements des minifilaments de myosine, des événements de division de minifilaments, des alignements de plusieurs minifilaments sur de longues distances (que nous avons appelés fibres de protostress), des événements de déliaison partielle et, de manière surprenante, des événements de déliaison et rereliure séquentielles au cortex. En utilisant des mutants du domaine moteur de la myosine, nous avons testé comment ces comportements reposaient sur l'activité motrice de la myosine. Nos données suggèrent que l'unité fonctionnelle de l'assemblage de la myosine peut être composée d'un ou de plusieurs minifilaments bipolaires de myosine, mais également que les minifilaments ne se désassemblent pas complètement lors de leur déliaison et de leur diffusion dans le cytoplasme. Pour tester la stabilité globale des assemblages bipolaires, nous avons ainsi utilisé des expériences de photoconversion et montré que les minifilaments de myosine sont bien recyclés sur de longues distances et temps de diffusion dans le cytoplasme sous forme d'unités minifilamentaires, qui ne se dissolvent pas lors de leur déliaison. Nos travaux mettent ainsi en lumière la manière dont les minifilaments de myosine interagissent avec le cortex, mais offrent une nouvelle perspective sur la manière dont ils s'assemblent, se désassemblent et sont recyclés au cours de la morphogenèse cellulaire.

Non-muscle myosin II is a key player in cell and tissue morphogenesis. The cortical dynamics Myosin as minifilaments in vivo however remain poorly understood. Here, we use SIM-TIRF microscopy in a developing embryo to gain further insights into the mechanisms and structure of bipolar minifilaments assembly. Combining SIM-TIRF and TIRF single-molecule microscopy, we first characterized the structure of minifilaments, specifically size and stoichiometry, at multiple stages in the early embryo. Using high temporal-resolution SIM- TIRF movies, we then characterized a diverse range of behaviors of myosin minifilaments, minifilament split events, alignments of multiple minifilaments over long distances (which we called protostress fibers), partial unbinding events and, surprisingly, events of sequential unbinding and rebinding to the cortex. Using mutants of the myosin motor domain, we tested how these behaviors relied on the myosin motor activity. Our data suggest that the functional unit of myosin assembly may be composed of one or multiple myosin bipolar minifilaments, but also that minifilaments do not fully disassemble upon unbinding and diffusing in the cytoplasm. To test the overall stability of bipolar assemblies, we thus used photoconversion experiments and show that the myosin minifilaments are indeed recycled over long distances and diffusion times in the cytoplasm as minifilamentous units, that do not dissolve upon unbinding. Our work thus sheds light on how myosin minifilaments interact with the cortex, but offers a new perspective on how they assemble, disassemble and are recycled during cell morphogenesis.