Réponse à la contrainte mécanique dans les maladies du vieillissement prématuré : de la cellule individuelle à l’agrégat multicellulaire Mots-clés : mutation génétique, lamina, propriétés mécaniques des noyaux, agrégats multicellulaires, microfluidique, stress isotrope Le vieillissement cellulaire, ou sénescence, correspond à un déclin progressif des fonctions cellulaires. Quand elle est prématurée, la sénescence cellulaire peut provoquer un vieillissement accéléré des patients. Nous nous intéressons ici au processus de vieillissement prématuré lié spécifiquement à des anomalies de l’enveloppe du noyau. Celle-ci est une membrane complexe constituée de lipides et protéines, supportée par une structure bidimensionnelle ancrée sur sa face intérieure, la lamina, ellemême constituée de protéines de la famille des lamines. La lamina est responsable de la forme du noyau et de sa stabilité mécanique. Une mutation du ou des gènes codants pour les lamines conduit à des maladies appelées laminopathies. Certaines laminopathies se traduisent par un vieillissement prématuré (la Progeria en est l’une des formes les plus graves). Une des hypothèses est que les mutations dans les protéines de la lamina affectent les propriétés mécaniques de l’enveloppe nucléaire, rendant les noyaux, et donc les cellules, plus fragiles, provoquant ainsi une accélération du vieillissement, en particulier dans les tissus stressés mécaniquement. Nous travaillons sur un groupe de patients atteints de Syndrome Métabolique sévère (collaboration Prof. C. Badens, Laboratoire de Génétique Moléculaire, Hôpital d’enfants de La Timone, Marseille), qui souffrent de divers symptômes typiques d’un vieillissement accéléré (diabète, problèmes cardiovasculaires) et présentent des mutations dans les lamines et des anomalies de forme du noyau cellulaire. Nous proposons d’étudier l’effet de ces mutations sur la réponse à une sollicitation mécanique des cellules de ces patients, à l’échelle individuelle et à l’échelle multicellulaire. - A l’échelle de la cellule, nous étudierons les propriétés mécaniques du noyau extrait de sa cellule ou du noyau dans son environnement (cellule entière) soit par une technique d’aspiration par micropipette, soit par des techniques de microfluidique. Le deuxième système permet de soumettre les noyaux/cellules à diverses déformations en les faisant passer à travers des constrictions de taille variable contrôlée, et sous flux contrôlé. A l’aide de drogues, nous pouvons détruire partiellement le cytosquelette (actine, microtubules) pour découpler la réponse du noyau de celle du cytoplasme. - A l’échelle multicellulaire, nous observerons le comportement d’un agrégat de cellules (collaboration G. Cappello, Equipe MOTIV, Laboratoire Interdisciplinaire de Physique, Grenoble). Les cellules seront cultivées de façon à former ce qu’on appelle des sphéroïdes, qui peuvent être soumis à une contrainte externe isotrope (pression du milieu environnant). Nous observerons la croissance et la morphologie des sphéroïdes, la multiplication des cellules et leur mortalité à la surface et à l’intérieur des sphéroïdes, avec et sans contrainte. Les différences de comportements individuel et collectif entre les cellules saines et les cellules mutées permettront de mieux comprendre le processus de vieillissement des cellules soumises à un stress mécanique. (A) Noyaux cellulaires d’un individu sain (à B gauche) et d’un patient atteint de Progeria A (à droite). (B) Images en microscopie de fluorescence de sphéroïdes contraint sous pression (à droite) ou non (à gauche) : les cellules en bleu prolifèrent alors que les cellules en rouge sont entrées en apoptose (mort cellulaire). Contacts : Emmanuèle HELFER (tél : 06 60 30 28 91, [email protected]) ou Annie VIALLAT (tél : 06 83 09 25 74, [email protected] ), Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille, Campus de Luminy