Etude quantitative du guidage cellulaire dans des microenvironnements contrôlés : cas atypiques de rhéotaxie et d'haptotaxie adhésive

Quantitative study of cell guidance in controlled microenvironments : atypical cases of rheotaxis and adhesive haptotaxis

• Auteur / Autrice : Valentine Seveau de Noray
• Direction : Marie-Pierre Valignat, Olivier Théodoly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biophysique
• Date : Soutenance le 23/11/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Adhésion et Inflammmation (LAI) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Biais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anna Labernadie, Matthieu Piel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Charlotte Rivière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kératocytes cornéens

Lymphocytes T

Chimiotaxie

Mots clés libres

Haptotaxie

Rhéotaxie

Mécanotaxie

Lymphocytes T

Kératocytes

Micro-Impressions

Migration

Haptotaxis

Rheotaxis

Mechanotaxis

T lymphocytes

Keratocytes

Micro patterning

Migration

Résumé

La migration et le guidage de cellules individuelles sont essentiels aux organismes mono et multicellulaires, cependant les mécanismes associés sont encore mal compris. Nous utilisons ici des approches réductionnistes in vitro pour quantifier et modéliser des phénotypes de guidage par des stimuli mécaniques. Une première partie s’intéresse au phénomène atypique d’haptotaxie adhésive « inverse », i.e. au guidage de cellules vers des zones moins adhésives. Grace à des méthodes optiques de micro-impression moléculaire, nous avons quantifié la sensibilité du guidage de leucocytes en fonction du gradient de densité de ligands d’adhésion. Nous avons mis en évidence un nouveau mécanisme spécifique de l’haptotaxie inverse impliquant une signalisation entre la partie arrière adhésive des cellules et la partie avant protrusive. Une seconde partie s’intéresse au phénomène de rhéotaxie atypique de cellules migrant contre un flux hydrodynamique. Les mécanismes existants sont soit actifs et relevant d’une cascade de signalisation biochimique, soit passifs et résultant d’un biais mécanique. Avec des outils microfluidiques et des cellules à polarité très stable, les kératocytes, nous avons observé un régime bimodal où les cellules sont orientées avec ou contre le flux. Un modèle mécanique considérant uniquement les couples hydrodynamiques sur l’avant et l’arrière des cellules a permis d’expliquer l’orientation de chaque cellule en fonction de sa morphologie. Ce modèle sans paramètres ajustables, purement mécanique et passif, permet ainsi d’expliquer un phénomène biologique de guidage apparemment sophistiqué sans mécano-transduction ni cascade de signalisation associée.

Migration and guidance of individual cells are essential to uni- and multicellular organisms, however the associated mechanisms are still poorly understood. Here we use reductionist in vitro approaches to quantify and model guidance phenotypes by mechanical stimuli. A first part focuses on the atypical phenomenon of ''reverse'' adhesive haptotaxis, i.e. the guidance of cells towards less adhesive areas. Thanks to optical methods of molecular micro patterning, we have quantified the sensitivity of leukocyte guidance as a function of the density gradient of adhesion ligands. We have highlighted a new mechanism specific to reverse haptotaxis involving signaling between the adhesive rear part of the cells and the protrusive front part. A second part focuses on the phenomenon of atypical rheotaxis of cells migrating against a hydrodynamic flow. The existing mechanisms are either active and related to a biochemical signaling cascade, or passive and resulting from a mechanical bias. With microfluidic tools and cells with a very stable polarity, keratocytes, we observed a bimodal regime where the cells are oriented with or against the flow. A mechanical model considering only the hydrodynamic torques on the front and back of the cells allowed us to explain the orientation of each cell according to its morphology. This model without adjustable parameters, purely mechanical and passive, thus allows to explain an apparently sophisticated biological phenomenon of guidance without mechano-transduction or associated signaling cascade.