Arp2/3 maintient les jonctions cellule-cellule pour préserver l'intégrité du tissu épithélial dans l'intestin homéostasie

Arp2/3 maintains cell-cell junctions to preserve epithelial tissue integrity in gut homeostasis

• Auteur / Autrice : Venkata ram Gannavarapu
• Direction : Danijela Matic vignjevic, Stéphanie Descroix
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2017
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mécanismes moléculaires du développement de la glande mammaire
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Dynamique de l'Organisation Intracellulaire
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)

Mots clés

Mots clés libres

Jonctions cellule-cellule

Intestinale

Homéostasie

Cell-cell junctions

Gut

Homeostasis

Résumé

L'épithélium intestinal est la plus grande surface d'absorption du corps humain et sert de barrière sélective entre l'environnement et le milieu interne. C'est également un tissu qui se renouvelle très rapidement (3 à 5 jours). Outre son renouvellement, la muqueuse intestinale est aussi soumise à de nombreuses forces telles que la contrainte de cisaillement et la pression due au transit des excréments. Cependant, comment l'intégrité de la barrière intestinale est maintenue au cours de ce renouvellement dynamique et des agressions mécaniques est encore inconnue. Ici, grâce à des expériences pharmacologiques et génétiques chez la souris, nous avons découvert que, dans l’intestin grêle, de fortes forces de traction qui sont intrinsèques au tissu maintiennent l'intégrité mécanique des jonctions intercellulaires. En utilisant des expériences de coupe laser, nous avons observé que le tissu se fracture le long des jonctions adhérentes. Nous avons découvert que l'intégrité du tissu intestinal dépend de manière significative du complexe de la protéine 2/3 liée à l'actine (Arp2/3), qui est localisée au niveau des jonctions intercellulaires apicales. En effet, la déplétion ciblée d'Arp2/3 dans l'épithélium intestinal de souris adultes a entraîné une fracture des tissus ainsi qu’une perte des jonctions intercellulaires apicales. Les jonctions serrées, les jonctions adhérentes ainsi que les marqueurs du réseau d'actomyosine étaient significativement diminués dans le tissu déplété par Arp2/3, alors qu'aucune altération n'était observée pour les adhésions ente les cellules et la matrice. La rupture des jonction intercellulaires apicales a entraîné une augmentation drastique de la perméabilité intestinale, multipliée par quatre chez les souris dépourvues d'Arp2/3. On a également constaté une diminution drastique des cellules immunitaires dans la lamina propria et dans l'épithélium. Nous avons constaté que la réponse inflammatoire suit une réponse biphasique où elle augmente d'abord, puis diminue, une caractéristique de la septicémie. De plus, après des ablations laser des jonctions intercellulaires, le tissu dépourvu d'Arp2/3 s'est rapidement fracturé, en moins de deux minutes, par rapport aux tissus contrôles, qui mettent 30 à 40 minutes pour se fracturer. Cependant, malgré une absence de séparation jonctionnelle entre les cellules du côlon, l'intensité des marqueurs de jonction serrées et adhérentes est significativement diminuée par rapport aux contrôles. Lors d'un défi mécanique avec étirement induit par un ballon, nous avons constaté que l'épithélium du côlon subit aussi des fractures. En conclusion, nous proposons que la protéine Arp2/3 joue un rôle critique dans le maintien des jonctions intercellulaires afin de protéger la barrière intestinale des contraintes mécaniques.

The gut epithelium serves as a selective tissue barrier with the largest interacting surface area in the body and is also one of the fastest self-renewing tissues (3-5 days). Besides renewal, the gut mucosa is subjected to numerous physiological forces such as shear stress and pressure due to contact with non-compressible luminal contents. How the barrier integrity of the intestine is maintained amid this dynamic turnover and mechanical insults is still unknown, despite its clinical and physiological functional roles. Here, through pharmacological, genetic and force manipulation experiments in mice, we discovered that robust, tissue-intrinsic tensile forces mechanically challenge the epithelial cell-cell junctional integrity along the intestinal villi. Using laser-cut experiments, we have observed that the tissue started fracturing along the Adherens junctions, mechanically uncoupling previously connected cells. We found that the intestinal tissue integrity is significantly dependent on the actin-related protein 2/3 (Arp2/3) complex, which is localized at the apical cell-cell junctions. Targeted depletion of Arp2/3 in the gut epithelium of adult mice resulted in tissue fracturing along with the apical cell adhesions. The tight and adherens junctions and perijunctional actomyosin network markers were significantly decreased in the Arp2/3-depleted tissue, whereas no alterations were observed at the level of cell-matrix adhesions. The breach in the apical junctional integrity resulted in a drastic increase in intestinal permeability by four-fold in Arp2/3 depleted mice. It also showed a drastic decrease in immune cells in the lamina propria and also epithelium. We found that the inflammatory response follows a biphasic response where it increases initially followed by a subsequent decrease. The biphasic inflammatory response is a characteristic feature of sepsis. Also, Arp2/3-depleted tissue rapidly fractured upon junctional laser ablations within two minutes compared to controls, which takes 30- 40 minutes to fracture. However, we found that there is no junctional separation between the cells in the colon, similar to the small intestine. But, the junctional intensity of the tight and Adherens junctional markers is significantly decreased compared to the controls. When mechanically challenged with the balloon induced stretch, we found that the colon epithelium undergoes fracturing. We propose that Arp2/3 has a critical role in maintaining cell-cell junctions to protect the intestinal epithelial barrier from mechanical stresses.