Thèse soutenue le 18 décembre 2020 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique pour les Sciences du Vivant

Résumé :
La production de forces mécaniques est impliquée dans de nombreux processus physiologiques incluant la morphogénèse, la migration, la division ou encore la différentiation. Tous ces évènements requièrent une régulation précise de la magnitude des forces et de leur distribution spatiale à l’échelle de la cellule et du tissu. Bien que la production de ces forces au niveau moléculaire repose sur l’interaction complexe d’un petit nombre de protéines bien identifiées, la régulation de ces forces aussi bien que leur mécanisme de transmission à l’échelle de la cellule entière demeure encore mal compris. D’autre part, prédire la magnitude des forces exercées par les cellules sur leur matrice extracellulaire ou leur variation s’avère impossible, en particulier à cause de la difficulté à caractériser précisément comment la composition des réseaux intracellulaires d’acto-myosine et celle des adhésions est reliée de manière individuelle ou combinée, à ces dernières. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été d’investiguer comment des paramètres biologiques clés sont impliqués précisément dans les processus de génération des forces et leur régulation.
La première partie de mon étude s’est portée sur l’effet de la progression dans le cycle cellulaire sur l’hétérogénéité des forces développées par les cellules. J’y ai ainsi démontré que le statut des cellules dans le cycle cellulaire, bien qu’ayant un impact majeur sur la magnitude des forces exercées par les cellules, n’impactait pas la variation des forces intercellulaires. J’ai par la suite examiné la possibilité qu’une partie des efforts contractiles internes/sub-cellulaires soit dissipée au lieu d’être transmise aux ancrages cellulaires en étudiant l’interconnexion entre la dynamique de l’actine et les forces de traction. L’analyse du renouvellement dynamique de l’actine dans les fibres de stress a ainsi montré que bien que le turnover de l’actine variait en relation avec les modulations de forces, ces variations n’étaient pas suffisamment significatives pour expliquer l’hétérogénéité des forces mesurées entre les cellules. Pour finir, j’ai conduit une étude dédiée à la caractérisation de la composition biochimique du réseau d’actine et des adhésions en relation avec la force exercée et transmise par les cellules. Pour se faire, j’ai tout d’abord implémenté la technique classique de TFM en y incorporant une étape intermédiaire d’immunomarquage afin de pouvoir suivre simultanément les forces exercées par les cellules ainsi que leur composition biochimique. Cet essai a ensuite été appliqué à la caractérisation du lien entre le contenu intracellulaire de plusieurs protéines du cytosquelette d’actomyosine et des adhésions, seules ou combinées entre elles, avec la force. Ces travaux ont tout d’abord démontré que le contenu en vinculine, mesuré à l’échelle de la cellule entière, et l’aire des adhésions, constituaient de bons prédicteurs des forces cellulaires. J’ai par ailleurs pu montrer que l’actine et la myosine exhibaient quant à elles des déviations plus larges dans leur relation linéaire avec l’énergie mécanique des cellules, et représentaient ainsi des prédicteurs moins directs des forces. Au contraire, les données obtenues suggèrent que c’est leur composition relative dans la cellule qui détermine la magnitude des forces exercées par les cellules. J’ai enfin pu mettre en évidence que la quantité d’alpha-actinine cellulaire seule ne corrélait pas du tout avec les forces, mais que sa quantité relative par rapport à l’actine jouait un rôle clé pour réguler la production des forces.
En conclusion, ces résultats ont permis d’identifier la composition biochimique des adhésions, ainsi que le contenu relatif des moteurs moléculaires et crosslinkers par rapport à l’actine comme des paramètres essentiels de la régulation de la production des forces.

Jury :
Présidente : Madame Corinne Albiges-Rizo
Rapportrice: Madame Cécile Sykes
Rapporteur : Monsieur Grégory Giannone
Examinateur : Monsieur Martial Balland
Examinateur : Monsieur Nils Gauthier
Directeur de thèse : Monsieur Laurent Blanchoin
Co-directrice de thèse : Madame Laëtitia Kurzawa

Mots clés :
Force de traction, composition biochimique, actine

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