Thèse soutenue

L’interaction Vinculin-Arp2/3 antagonise l’actine branchée pour contrôler les comportements cellulaires individuels et collectifs
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Auteur / Autrice : John James
Direction : Alexis Gautreau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biologie
Date : Soutenance le 30/08/2023
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biochimie (Palaiseau, Essonne) - Laboratoire de Biologie Structurale de la Cellule / BIOC
Jury : Président / Présidente : Nicolas Borghi
Examinateurs / Examinatrices : Alexis Gautreau, Alexander Bershadsky, Stéphane Romero, Christophe Le Clainche, René-Marc Mège
Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Borghi, Alexander Bershadsky

Mots clés

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Résumé

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Le développement, la croissance et le maintien des tissus sont des propriétés découlant du comportement individuel des cellules. Ce comportement est finement contrôlé par de multiples voies de régulation en réponse aux stimuli environnementaux. Les forces sont détectées au niveau des adhésions focales (FAs), et des jonctions adhérentes (AJs), des structures d’adhérence qui relient l'environnement d'une cellule à son cytosquelette d'actine. En réponse à ces forces, le cytosquelette est remodelé et régule des comportements cellulaires complexes comme la prolifération, migration et maintien des jonctions cellulaires sous le contrôle de l’actine branchée. Ces processus sont dérégulés durant la progression des cancers. La vinculine (VCL), décrite comme suppresseur de tumeur, est une protéine structurale et mécanotransductrice aux FAs et les AJs. En plus de renforcer le lien entre le cytosquelette d'actine et les structures d’adhérence, VCL pourrait jouer un rôle dans la régulation du cytosquelette d'actine en interagissant avec Arp2/3, le nucléateur d'actine branchée. Le but de ce projet était de déterminer les effets de VCL sur l’actine branchée et le comportement des cellules. Pour cela, nous avons utilisé des techniques d'édition du génome afin de perturber cette interaction.Nous avons étudié les effets de l’interaction VCL-Arp2/3 sur le comportement cellulaire individuel en exprimant un peptide VCL 811-881 dans les cellules parentales MCF10A. Nous avons constaté que ce peptide se lie au complexe Arp2/3 canonique, et que les cellules l’exprimant sont capables de migrer de manière plus persistante, de s'étendre sur une plus grande surface, de former des lamellipodes plus grands et de continuer à proliférer à de fortes densités cellulaires. Ces phénotypes indiquent une activité d'Arp2/3 augmentée. On retrouve ces phénotypes avec des lignées cellulaires KO de VCL (VCL-/-) et une lignée cellulaire mutante dans laquelle VCL ne se lie pas à Arp2/3 (VCL P878A-KI). L'imagerie TIRF-SIM a révélé que la vitesse d'assemblage du réseau d'actine est augmentée dans les cellules VCL-/-, VCL P878A-KI ou exprimant le peptide VCL 811-881 par rapport aux cellules parentales MCF10A. Ensemble, ces résultats démontrent que l’interaction VCL-Arp2/3 antagonise la formation des réseaux d’actine branchée dans le lamellipode, et que VCL 811-881 agit comme un dominant négatif de VCL.Pour comprendre le rôle de l'interaction VCL-Arp2/3 sur les comportements cellulaires collectifs, nous avons d'abord étudié les AJs qui maintiennent les cellules ensemble et leur permettent de transmettre des signaux mécaniques. Nous avons trouvé que VCL contrôle le recrutement d’Arp2/3 aux AJs et la stabilité des jonctions cellule-cellule. Une fois les AJs matures, les cellules parentales MCF10A peuvent organiser des réseaux d'actine transcellulaires sur de longues distances et coordonnés entre plusieurs cellules. En condition d’unjamming hypotonique, ces cellules migrent collectivement au sein de domaines restreints par ce réseau d'actine transcellulaire. Les cellules VCL P878A ne développent pas ce réseau et migrent de manière plus collective, alors que les cellules VCL-/- migrent moins collectivement et développent un réseau à très courte distance. Nos résultats indiquent donc que l'activité d'Arp2/3 doit être finement régulée aux AJs pour former ce réseau et contrôler les migrations collectives des cellules.Ainsi, nous montrons un nouveau rôle pour VCL dans la régulation de l'actine branchée par son interaction directe qui antagonise Arp2/3. La perturbation de cette interaction entraîne plusieurs phénotypes caractéristiques des cellules cancéreuses : une prolifération et persistance de migration accrue, une perturbation des jonctions cellulaires et une dérégulation des migrations collectives. Étant donné que l'activité d'Arp2/3 est surexprimée dans plusieurs types de cancer, nos résultats expliquent comment VCL pourrait agir comme suppresseur de tumeur.