Mécano-sensibilité cellulaire: - Structure et instabilité des génomes
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Laboratoire Matière et Systèmes Complexes CNRS UMR 7057 – Université Paris Diderot Mécano-sensibilité cellulaire: causalité et signalisation biochimique / auto-organisation et point de fonctionnement Jonathan Fouchard, Démosthène Mitrossilis, Alain Richert, Atef Asnacios Formes et fonctions des cellules animales… Neurone Myoblaste Ostéoblaste Même génome Formes et fonctions très différentes …Mécanique et fonctions des cellules Même génome / Formes et fonctions très différentes II mécanique Myoblaste …Mécanique et fonctions des cellules Même génome / Biologie / Formes et fonctions très différentes II mécanique Physique Myoblaste …Mécanique et fonctions des cellules Même génome / Biologie / Physique Inné / Acquis Formes et fonctions très différentes II mécanique Myoblaste …Mécanique et fonctions des cellules Même génome / Biologie / Physique Inné / Acquis Poule / oeuf Formes et fonctions très différentes II mécanique Myoblaste …Mécanique et fonctions des cellules Même génome / Biologie / Physique Inné / Acquis Poule / Formes et fonctions très différentes II mécanique oeuf Myoblaste Séquence temporelle et… boucle ! Forme = équilibre mécanique adhésions Cellule non adhérente Cellule adhérente Price et al., Mol. Biol. Cell, 1998 Forme = équilibre mécanique T R T Cellule non adhérente: Cellule adhérente: Sphérique (pas de forme!) Tension de surface isotrope forme Tension compensée par Réaction du substrat Tension + adhésion Gardel Lab, http://squishycell.uchicago.edu Actin filaments + Myosin II motors Adhesion complexes Contractile forces Force transmission Forme = équilibre mécanique <=> R T Cellule adhérente: forme Tension compensée par Réaction du substrat Forme = équilibre mécanique <=> Aire de l’emplacement suffisante? Terrain suffisamment dur? R T Cellule adhérente: forme Tension compensée par Réaction du substrat La forme contrôle le destin des cellules animales Culture de cellules endothéliales sur des motifs adhésifs de taille variable La mitose et l'apoptose sont régulées par la forme cellulaire Chen et al., Science, 1997 Matrix Elasticity Directs Stem Cell Lineage Specification « Cell Morphology Suggests Lineage Specification Is Directed by Matrix Stiffness and Dependent on Nonmuscle Myosin II » Mechanism ? Role of Myosin Motors ? Engler et al., Cell, 2006 Rigidity controls cell shape, architecture and internal tension Solon et al., Biophysical Journal, 2007 Auto-organisation Cellule = système auto-organisé Mise en place de la structure ? Tension Adhésion Extension Auto-organisation: Pure Bio Cellule = système auto-organisé Mise en place de la structure: SIGNALISATION Tension Adhésion Extension Dosage de l’activité de protéines ciblées Price et al., Mol. Biol. Cell, 1998 Cascades déclenchées par l’adhésion Price et al., Mol. Biol. Cell, 1998 Cascades déclenchées par l’adhésion Price et al., Mol. Biol. Cell, 1998 Contrôle de la tension Price et al., Mol. Biol. Cell, 1998 Contrôle de l’extension: polymérisation de l’actine Gel d'actine : lamellipode Pollard & Borisy, Cell, 2003 Polymérisation dirigée vers la membrane AVANCÉE DU FRONT En résumé: Tension (Force) Adhésions Extension (Etalement) Une rétroaction salutaire Les adhésions sont mécanosensibles ! croissance des complexes sous l'effet de la force Force interne Balaban et al., Nature Cell Biol, 2001 Force externe Riveline, D. et al. J. Cell Biol. 2001 Ca se complique: Tension (Force) Adhésions Extension (Etalement) « Une sorte de biophysique » : 1 Deux phases d’étalement distinctes: avec ou sans forces P1 P2 P1 P2 Dubin-Thaler et al., Plos One, 2008 Ca se complique: Tension (Force) Adhésions ? Extension (Etalement) « Une sorte de biophysique » : 2 Etalement et dynamique des adhésions Cellules: Fibroblastes Ref52 Paxilline-YFP : marqueur des adhésions Substrat: verre couvert de fibronectine 28 Etalement + dynamique des adhésions Ref-52 Fibroblasts YFP-Paxillin Coating : Fibronectin 5 µm Etalement et dynamique des adhésions Phase 1 Phase 2 R*R R*a t*a t*R Fouchard et al., à soumettre Ca se complique: Phase 1 Tension (Force) Adhésions Extension (Etalement) Etalement et dynamique de l'angle de contact Phase 1 10 µm Transitio n R* a Phase 2 Les premières adhésions apparaissent lorsque le 32 corps cellulaire fait un angle de 90° avec le substrat Schéma de travail θC < 90° θC = 90° θC > 90° Projection de la tension corticale sur la lamelle induit la croissance des adhésions ? 33 Principle of traction force measurement Flexible microplate (spring of stiffness k) L0 Deflection d L(t) Rigid microplate traction Force Speed of contraction F kd V dd dt mechanical Power 1 dF k dt transmitted to the substrate P d dF dt Force Measurement…in motion 10 µm t~1000sec Force + adhésions Force before adhesions F=k.δ Phase 1 Ref-52 Fibroblasts YFP-Paxillin Visualize the reorganization of adhesions Effect of stiffness change ? Relations très différentes + forme Etalement Forme Force Adhésions Implications biologiques θC < 90° θC = 90° θC > 90° • 905 protéines transitent par les complexes d'adhésion • Leur présence dépend de la tension interne (myosine II) Kuo J.C. et al., Nature Cell Biol, 2011 Changement d'inclinaison du corps cellulaire Activation d'un centre de signalisation 38 biologique Implications biologiques Adaptation des fonctions cellulaires à la forme Adaptation des adhésions à la forme ? Adhésion = centre de signalisation 39 Implications biologiques Adaptation des fonctions cellulaires à la forme Adaptation des adhésions à la forme ? Adhésion = centre de signalisation Aire caractéristique de transition ≈ 500 µm2 Aire d'apparition des adhésions ≈ 700 µm2 40 Relations très différentes + forme Destin cellulaire ? Etalement Forme Force Adhésions Quelques questions - Rôle de la membrane et sa tension… - Étalement ressemblant à mouillage, Rac qui donne forme lamellipode, ou interaction avec substrat qui implique Rac? - une même molécule dans différentes voies de signalisation comment on évite les interférences? « When pathways collide: collaboration and connivance among signalling proteins in development » Helen McNeill* and James R. Woodgett Nature 2010 Le signal mécanique ne le permet-il pas, contrôle qualité (cf morphogénèse Many Thanks ! Laboratoire MSC: Nicolas Desprat Axel Guiroy Démosthène Mitrossilis Jonathan Fouchard Nicolas Rodriguez David Pereira Pauline Durand Nathalie Bufi Célian Bimbard L’équipe physique du vivant et +… Francois Gallet Sylvie Hénon Alain Richert Olivier Cardoso Sophie Asnacios Sandra Lerouge Charlotte Py Guillaume Grégoire Erlangen University: Ben Fabry WI Israel / MBI Singapore: Alexander Bershadsky Yves Couder Michel Saint Jean Julien Browaeys Jacques Dufeaux Patrice Flaud Institut Jacques-Monod: Maïté Coppey Christiane Durieux Marc Tramier Isabelle Vallois Jean-Louis Counord Henri Delgallo Manuel Cuesta Biologie du Développement P7: Danielle Champeau Nadine Beyer Claudine Héneaux Carole Barache… INSERM-H.Henri Mondor: Denise Paulin Zhigang Xue Daniel Isabey Emmanuelle Planus Sophie Féréol ENS Lyon: INRA Gpe Paroi primaire: Arezki Boudaoud Olivier Hamant Alexis Peaucelle Grégory Mouille Hermann Höfte
![[Bureau] Compte rendu du 12-06-2014](http://s1.studylibfr.com/store/data/007048285_1-042dc82a502a1186b6515db43dedac7a-300x300.png)
