Actine, motilité et adhésion – MOTILACTIN

1. Contexte scientifique et objectifs. La migration des cellules met en jeu des cycles coordonnés de protrusions polarisées et d'adhésion. Ces réactions sont engendrées par la réorganisation du cytosquelette actine en réponse à la signalisation. L'actine joue donc un rôle opérationnel de « nanomachine », générant force et mouvement dans toutes les étapes du développement embryonnaire, la cytocinèse, la réponse immunitaire, l'endo/exocytose, l'angiogenèse et la formation des métastases. Les avancées récentes de l'imagerie cellulaire en temps réel montrent la coexistence d'activités motiles modulaires dans les cellules, engendrées par la polymérisation spatialement contrôlée de l'actine au bord avant du lamellipode, dans les filopodes, dans les complexes focaux d'adhésion. Le turnover des filaments diffère d'une structure à l'autre, indiquant une régulation concertée de la dynamique d'assemblage de l'actine dans ces différents processus motiles. Notre projet a pour but de comprendre quel mécanisme permet la concertation dans la dynamique de ces différents assemblages d'actine. Une combinaison d'approches biochimique, biophysique et biomimétique sera utilisée. 2. Description du projet, Méthodologies. Dans les cellules vivantes, la polymérisation spatialement dirigée de l'actine engendre des réseaux branchés dans le lamellipode, des faisceaux parallèles dans les filopodes, des fibres dans les complexes d'adhésions focales. Nous étudierons par des méthodes biochimiques et biophysiques le mécanisme d'action des différentes machineries protéiques qui nucléent les filaments (WASP/Arp2/3, formines, spire, taline-vinculine) et leur régulation par les voies de signalisation en amont. Pour chacun de ces processus, nous reconstituerons l'activité motile autonome de particules (microsphères solides ou liposomes géants) fonctionnalisées dans le milieu approprié défini préalablement par l'étude biochimique fonctionnelle, et nous mesurerons les forces produites par l'assemblage des filaments pour propulser ou déformer un objet. Nous mettrons ensuite en place des essais biomimétiques de fonctionnement intégré de plusieurs modules ensemble dans des conditions biochimiquement contrôlées de manière à reconstituer leur action concertée, mimant ainsi le comportement motile d'une cellule. Le projet met en jeu la pluridisciplinarité de notre équipe, en utilisant pour l'étude de chaque module motile : la biologie moléculaire (ingénierie, expression bactérienne ou baculovirus de protéines ou fragments recombinants) ; la biochimie in vitro (cinétique et thermodynamique d'assemblage aux extrémités barbée et pointue du filament, interactions protéine-protéine) ; les mesures physiques de force sur filaments individuels (micropipettes, pièges optiques), la microscopie à onde évanescente (TIRF), l'analyse du mouvement biomimétique des particules et enfin la modélisation des phénomènes mésoscopiques observés en termes de réactions moléculaires. 2. Résultats attendus. Notre but est d'apporter une explication moléculaire aux processus motiles qui sont essentiellement décrits à l'échelle cellulaire. Nous analyserons la régulation de N-WASP/Arp2/3 par IQGAP1 dans l'adhésion et la migration des cellules ; nous reconstituerons l'assemblage des filaments d'actine dans les adhésions focales par les complexes de la vinculine avec la taline et la paxilline. Nous éluciderons comment est privilégiée la formation de filopodes ou de lamellipodes, de structures protrusives ou adhésives, par l'action combinée de forces mécaniques et de réactions biochimiques