Auto-organisation du cytosquelette d&rsquo,actine et production de force par processus de sélection à l&rsquo,échelle moléculaire: modèles, simulations et expériences. – MODELACTIN

L'actine, une protéine très commune et extrêmement conservée dans l'évolution, forme les filaments impliqués dans la motilité de toutes les cellules eucaryotes. En coopération avec plus de soixante partenaires, l'actine contrôle l'organisation du cytosquelette, un réseau de structures filamenteuses qui orchestrent la déformation cellulaire en produisant et transmettant des forces, servent d'autoroutes aux moteurs moléculaires pour permettre aux cellules de se contracter activement et compartimenter l'intérieur des cellules en limitant ou inhibant le mouvement des organites. Le paradoxe est : comment de telles machineries moléculaires bien conservées peuvent se combiner en circuits de régulation conférant robustesse, souplesse et adaptation aux cellules ou aux tissus. De plus, non seulement la cartographie de ces circuits de régulation est importante, mais encore les propriétés physiques du cytosquelette qui se construit progressivement, à la suite de la nucléation de nouveaux filaments et de leur élongation. Les contraintes mécaniques sont exercées par un cytosquelette en croissance et qui rétro-contrôle les réactions chimiques des circuits de régulation. Un tel mécanisme est crucial dans l'émergence d'une réponse cellulaire globale adaptée aux conditions extérieures qui peuvent changer. Le projet modelactin consiste à analyser la dynamique du cytosquelette d'actine à partir de modèles mathématiques et de physique théorique contraints par des expériences in vitro. Le but de ce projet est de comprendre l'organisation générale de la dynamique cellulaire en réponse à des stimuli ou des stress imprévisibles. De plus, cette étude est particulièrement importante dans le contexte de pathologies associées aux dysfonctionnement cellulaires, puisque les mutations des gènes des partenaires de l&lsquo,actine ont été associées à des maladies graves, comme les myopathes, des cancers ou des maladies neurodégénératives. Nous voulons examiner les quatre points suivants. (1) Comment les structures fondées sur l'actine peuvent donner lieu à des fonctionnements très différents dans une cellule ? (2) Comment ces mécanismes moléculaires extrêmement bien conservés donnent suffisamment de souplesse et de robustesse aux cellules pour faire face à un monde incertain ? (3) Comment la génération de forces à l'échelle du micromètre (mésoscopique) est coordonnée par les réactions chimiques et les propriétés physiques des filaments à l'échelle nanométrique ? (4) Est-ce que les outils théoriques développés pour le système actine vont constituer un paradigme pour aborder la complexité biologique, qui requiert de nouvelles analyses mathématiques ou de nouveaux outils de simulation ?