Etude de l'impact de la mécanique de l'enveloppe nucléaire sur la mécanique de la chromatine et réciproquement

Reciprocal impact of nuclear envelop and chromatin mechanics

• Auteur / Autrice : Sarah Sadik
• Direction : Matthieu Piel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du Vivant
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences du Vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Cellulaire et Cancer
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biologie cellulaire systémique de la polarité et de la division (Bio6)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)

Mots clés

Mots clés libres

Mécanique cellulaire

Enveloppe nucléaire

Chromatine

Cell mechanics

Nuclear envelop

Chromatin

Résumé

Le rôle de la membrane nucléaire est multiple, tant en guise de protection du génome, de transport bidirectionnel, de transmission d'informations mécanique et de signalisation. Mais cette membrane joue également un rôle dans l'organisation de la chromatine, par sa nature même de barrière, mais également à travers les lamines, qui sont associées physiquement à la membrane nucléaire, ainsi qu'a des domaines spécifiques de l'hétérochromatine : les lamin associated domains (LAD), formant un ensemble, l'enveloppe nucléaire, aux propriétés physiques encore mal comprises. La membrane nucléaire est hautement dynamique, et se réorganise complètement, lors d'évènements tels que la différentiation, la division ou la migration cellulaire. Ses propriétés mécaniques ont été impliquées récemment dans de nombreux processus : régulation de l'import/export de protéines, en particulier des facteurs de transcriptions impliqués dans la mécanotransduction (YAP/TAZ), la génération de signaux en réponse aux déformations (activation de cPLA2), et la formation de blebs et de ruptures avec des conséquences dans le développement des tumeurs. Les propriétés mécaniques de l'enveloppe sont principalement attribuées à la lamina, mais elles dépendent potentiellement aussi des autres structures qui lui sont associées physiquement : le cytosquelette, les membranes et la chromatine périnucléaire. La contribution respective des ces éléments à la mécanique de l'enveloppe nucléaire et plus généralement à la mécanique du noyau est encore mal comprise. Le but de ce projet est de thèse est d'évaluer les conséquences de la mécanique de la membrane nucléaire sur la mécanique chromatinienne et réciproquement, de comprendre si les propriétés de la chromatine associée à l'enveloppe contribuent à la mécanique de la surface du noyau. Ce projet se fera dans l'équipe de Matthieu Piel, qui a étudié l'enveloppe nucléaire et sa mécanique depuis plusieurs années, principalement dans le contexte de la migration cellulaire, et en collaboration avec l'équipe d'Antoine Coulon, spécialiste de la mécanique de la chromatine. Sarah Sadik a effectué son M2 dans cette équipe et y est toujours employée jusqu'au démarrage de sa thèse. La thèse reposera d'un point de vue méthodologique sur une combinaison de méthodes développées dans l'équipe Piel pour affecter et mesurer la mécanique de l'enveloppe nucléaire (micro-patterning pour controler l'adhésion des cellules, confineur à cellules et AFM à pointe plate) et dans l'équipe Coulon pour affecter et étudier la mécanique de la chromatine (micromanipulation magnétique de la chromatine et marqueurs de chromatine pour mesurer la diffusivité). Avec ces méthodes, Sarah Sadik étudiera : - L'effet du cycle cellulaire sur la membrane nucléaire en parallèle de la chromatine. - L'effet du cytosquelette, en particulier actine et microtubules. Ils jouent un rôle dans la forme cellulaire, notamment son adhésion qui a impact sur la forme du noyau et peuvent agir directement sur l'enveloppe via le complexe LINC, pour lequel de nombreux outils sont disponibles (senseurs de force, dominant négatif). - L'effet de la pression hydrostatique, due à la tension de l'enveloppe lors de la déformation du noyau induite par le confinement. - L'effet de l'import/export de protéines, qui régule la pression osmotique dans le noyau et donc son volume et la tension de son enveloppe. - Le rôle respectif de la lamina et de l'héterochromatine périnucléaire dans la mécanique de l'enveloppe (qui sera évaluée par déformation avec AFM à pointe plate) et dans la formation de plis de l'enveloppe nucléaire - Le rôle respectif de la lamina et de l'heterochromatine dans la résistance du noyau aux larges déformations (confinement, migration).

The role of the nuclear membrane is multiple, as protection of the genome, bidirectional transport, transmission of mechanical information and signaling. But this membrane also plays a role in the organization of chromatin, by its very nature as a barrier, but also through the lamins, which are physically associated with the nuclear membrane, as well as specific domains of heterochromatin: the lamin associated domains (LAD), forming a whole, the nuclear envelope, with physical properties that are still poorly understood. The nuclear membrane is highly dynamic, and completely reorganizes itself during events such as cell differentiation, division or migration. Its mechanical properties have recently been implicated in numerous processes: regulation of the import/export of proteins, in particular of transcription factors involved in mechanotransduction (YAP/TAZ), the generation of signals in response to deformations (activation of cPLA2 ), and the formation of blebs and ruptures with consequences in the development of tumors. The mechanical properties of the envelope are mainly attributed to the lamina, but they potentially also depend on other structures that are physically associated with it: the cytoskeleton, membranes and perinuclear chromatin. The respective contribution of these elements to the mechanics of the nuclear envelope and more generally to the mechanics of the nucleus is still poorly understood. The aim of this thesis project is to evaluate the consequences of nuclear membrane mechanics on chromatin mechanics and vice versa, to understand whether the properties of chromatin associated with the envelope contribute to the mechanics of the surface of the nucleus. . This project will be carried out in the team of Matthieu Piel, who has studied the nuclear envelope and its mechanics for several years, mainly in the context of cell migration, and in collaboration with the team of Antoine Coulon, specialist in chromatin mechanics. Sarah Sadik completed her M2 in this team and is still employed there until the start of her thesis. The thesis will be based from a methodological point of view on a combination of methods developed in the Piel team to affect and measure the mechanics of the nuclear envelope (micro-patterning to control cell adhesion, cell confiner and AFM to flat tip) and in the Coulon team to affect and study chromatin mechanics (magnetic micromanipulation of chromatin and chromatin markers to measure diffusivity). With these methods, Sarah Sadik will study: - The effect of the cell cycle on the nuclear membrane in parallel with chromatin. - The effect of the cytoskeleton, in particular actin and microtubules. They play a role in cell shape, in particular its adhesion which has an impact on the shape of the nucleus and can act directly on the envelope via the LINC complex, for which many tools are available (force sensors, dominant negative). - The effect of hydrostatic pressure, due to the tension of the envelope during the deformation of the core induced by confinement. - The effect of protein import/export, which regulates the osmotic pressure in the nucleus and therefore its volume and the tension of its envelope. - The respective role of the lamina and perinuclear heterochromatin in the mechanics of the envelope (which will be evaluated by deformation with flat tip AFM) and in the formation of folds of the nuclear envelope - The respective role of the lamina and heterochromatin in the resistance of the nucleus to large deformations (confinement, migration). ​