Vers une compréhension moléculaire du contrôle mécanique de la migration cellulaire

Publié par Isabelle le 15/11/2021 à 13:00
Source: CNRS INSB

© Amine Mehidi
Les cellules génèrent les forces nécessaires à leur mouvement grâce au cytosquelette qui déforme leur enveloppe membranaire. Les scientifiques ont montré que les protéines initiatrices du cytosquelette sont contrôlées en retour par les forces associées à la formation du cytosquelette. Pour ce faire, ils ont utilisé des techniques de traçage de protéines individuelles et ont développé une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie...) originale pour sonder mécaniquement ces nanomachines intracellulaires. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Cell Biology.

Les mécanismes qui contrôlent la morphologie et la migration des cellules sont essentiels à la formation des organes, la réponse immunitaire ou la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) intercellulaire. En formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) des protrusions membranaires qui adhérent et génèrent des forces sur la matrice extracellulaire et les cellules voisines, les cellules contrôlent leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...), leur forme et leur mouvement. Pour y parvenir, elles ont la capacité d'ajuster l'organisation (Une organisation est) moléculaire de leurs structures adhésives et de leur cytosquelette en réponse aux changements de la nature biochimique et physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de leur environnement.

L'adaptation mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) des structures adhésives a été démontrée il y a plusieurs décennies, et certains des mécanismes moléculaires impliqués sont maintenant relativement bien compris. Identifiée de façon plus récente, l'adaptation du cytosquelette aux forces mécaniques apparaît comme un processus clé pour réguler son assemblage, son architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) et sa stabilité mécanique. En revanche, les mécanismes moléculaires responsables de cette adaptation mécanique sont encore inconnus.

Cette plasticité mécanique a été démontrée pour le cytosquelette d'actine, dont l'assemblage génère les forces responsables, par exemple, du transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) intracellulaire et de la propagation intra- et intercellulaire d'agents pathogènes (bactéries, virus). L'assemblage de réseaux d'actine est également le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) de la migration cellulaire car les forces mécaniques qui en résultent déforment la membrane cellulaire. La plasticité mécanique d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) d'actine pourrait résulter d'une réorganisation de l'architecture globale de ce réseau soumis à une contrainte mécanique. Cependant, les forces locales générées lors de l'assemblage de polymères d'actine pourraient agir mécaniquement sur la fonction des protéines qui initient ces polymères.


A. Schéma illustrant ce nouveau mécanisme de rétroaction mécanique du cytosquelette d'actine sur lui-même lors de la migration cellulaire.
B. Régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) mécanique du complexe WAVE.
- 1. Les forces générées par l'assemblage de réseaux d'actine branchés, résultant de l'activation (Activation peut faire référence à :) du complexe Arp2/3 par le complexe WAVE, permettent la formation de protrusions membranaires lors de la migration cellulaire.
- 2. Ces forces locales, générées par les extrémités des filaments d'actine, agissent en retour mécaniquement sur le complexe WAVE, induisant sa dissociation le d'extrémité de la protrusion, réduisant ainsi l'activation du complexe Arp2/3 et donc la vitesse (On distingue :) de protrusion membranaire.
C. Expériences de traçage de protéines individuelles montrant que le complexe WAVE est soumis aux forces du réseau d'actine: mouvements latéraux le long d'une protrusion membranaire en présence de polymérisation d'actine (à gauche), absence de ces mouvements et augmentation du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de résidence (Le nom de résidence est donné à un ensemble de voies souvent qui forment une boucle ayant la...) après inhibition de la polymérisation d'actine (à droite).
© Amine Mehidi.

Dans cette étude, les chercheurs ont démontré que les forces générées par l'assemblage des réseaux d'actine non seulement déforment la membrane, mais agissent aussi directement sur les protéines qui initient ces réseaux d'actine. Ils ont révélé que des forces locales (de l'ordre du piconewton) générées par les extrémités des filaments d'actine lors de leur assemblage au sein des protrusions membranaires agissent mécaniquement sur la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) et la fonction des protéines initiatrices de ces polymères, en particulier le complexe WAVE. Ce nouveau mécanisme de rétroaction mécanique permet un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) immédiat et local de l'assemblage des réseaux d'actine sur eux-mêmes, et contrôle ainsi la vitesse et la formation de protrusions membranaires. Cette étude constitue un premier pas vers une compréhension moléculaire du contrôle mécanique de la migration cellulaire.

Pour en savoir plus:
Forces generated by lamellipodial actin filament elongation regulate the WAVE complex during cell migration.
Amine Mehidi, Frieda Kage, Zeynep Karatas, Maureen Cercy, Matthias Schaks, Anna Polesskaya, Matthieu Sainlos, Alexis Gautreau, Olivier Rossier, Klemens Rottner and Grégory Giannone.
Nature Cell Biology 4 November 2021. https://doi.org/10.1038/s41556-021-00786-8

Laboratoire:
Institut interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et...) (IINS) - (CNRS/Université de Bordeaux) - Centre Broca Nouvelle-Aquitaine. 146 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux...) Léo-Saignat, CS 61292 CASE 130, 33076 Bordeaux cedex, France.

Contact:
Grégory Giannone - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) interdisciplinaire de neurosciences (IINS) - (CNRS/Université de Bordeaux) - gregory.giannone at u-bordeaux.fr
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