Nano-biomécanique des cellules musculaires par microscopie à force atomique

Nano-biomechanics of muscle cells by atomic force microscopy

• Auteur / Autrice : Anissa Aït ouailal
• Direction : Guillaume Lamour
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAMBE - Laboratoire Analyse, Modélisation et Matériaux pour la Biologie et l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry Val d'Essonne

Mots clés

Mots clés libres

Nano-biomécanique

Microscopie de force atomique

Cellules souches à pluripotence induite

Nanomechanics

Atomic force microscopy

Induced pluripotent stem cells

Résumé

La desmine est un filament intermédiaire du cytosquelette qui interagit étroitement avec les myofibrilles et les mitochondries pour coordonner les activités contractiles synchronisées des cellules cardiaques. Les mutations du gène de la desmine entraînent souvent une perte de fonction des cellules cardiaques, ce qui est associé à l'apparition de maladies cardiaques telles que la cardiomyopathie dilatée. Dans ce projet, nous proposons d'utiliser la microscopie à force atomique et d'autres techniques pour étudier comment les mutations de la desmine affectent les propriétés biomécaniques des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC-CM). Les cellules musculaires ont la capacité de produire et de supporter des forces, et des résultats préliminaires indiquent qu'elles deviennent plus rigides en réponse à une sollicitation mécanique localisée et prolongée au fil du temps. Cependant, les détails de ce phénomène de rigidification diffèrent entre les cellules de type sauvage et les cellules porteuses d'une mutation de la desmine. Les déclencheurs de cette réponse mécanique cellulaire restent inconnus, et des expériences supplémentaires sont nécessaires pour identifier et caractériser les facteurs moléculaires et cellulaires responsables de ce comportement. Ainsi, l'étudiant ou l'étudiante effectuera des expériences visant à caractériser simultanément la mécanique des cellules musculaires et à étudier le rôle de composants cellulaires spécifiques (actine, mitochondries, ions calcium) à l'aide de sondes fluorescentes pour cellules vivantes. Ces travaux contribueront à élucider les mécanismes moléculaires reliant les mutations de la desmine à l'apparition des symptômes cliniques chez les patients.

Desmin is an intermediate filament of the cytoskeleton that closely interacts with myofibrils and mitochondria to coordinate the synchronized contractile activities of cardiac cells. Mutations in the desmin gene often lead to a loss of function in cardiac cells that is associated with the onset of cardiac diseases such as dilated cardiomyopathy. In this project we propose to use atomic force microscopy and other techniques to study how the mutations of desmin affect the biomechanical properties of cardiomyocytes derived from human-induced pluripotent stem cells (hiPSC-CM). Muscle cells have the ability to both produce and withstand forces, and preliminary results indicate that muscle cells get stiffer as a response to a localized and sustained mechanical sollicitation over time. However, the details of this stiffening phenomenon differ between wild-type cells and cells carrying a desmin mutation. The triggers of this mechanical response in cells remain unknown, and further experiments are needed to identify and characterize the molecular and cellular factors responsible for this behaviour. Therefore, the student will carry out experiments to simultaneously characterize the mechanics of muscle cells and study the role of specific cell components (actin, mitochondria, calcium ions) using live-cell fluorescent probes. This will contribute to deciphering the molecular mechanisms linking desmin mutations to the clinical onset of symptoms in patients.