Mécanique et fonction des cellules du système immunitaire: une étude au niveau de la molécule individuelle – ImmuPhy
Mécanique et fonction des cellules du système immunitaire: une étude au niveau de la molécule individuelle.
Les lymphocytes B sont responsables de la production des anticorps. Lors qu'il rencontre un antigène présenté par une autre cellule ils l'arrachent et leur cytosquelette se réorganise et polarise vers la cellule présentatrice. Avec ce projet on souhaite étudier la mécanique de ce processus en combinant des expériences de fluorescence et de mesure de force.
Rôle de la mécanique dans la polarité du lymphocyte B.
Lorsque le lymphocyte B rencontre un antigène présenté par une autre cellule, son cytosquelette se réorganise pour lui permettre d'internaliser l'antigène. En particulier son centre d'organisation des microtubules (MTOC) se polarise vers la synapse. Avec ce projet nous souhaitons étudier la mécanique de ce processus en combinant des expériences de fluorescence et de mesure de force. Nous avons divisé le projet en 3 enjeux:<br />1. mesure de la dynamique collective des molécules d'intérêts: cette partie utilise des marquages classiques et de la vidéo-microscopie de fluorescence pour établir les différentes phases de la polarisation des cellules B par rapport à l'organisation des molécules les plus<br />impliquées dans la mécanique cellulaire: actine, MTOC, microtubules, Myosine II, molécules de signalisation.<br />2. étude de la dynamique du moteur moléculaire Myosine II au niveau de molécule individuelle: le candidat le plus intéressant pour régler la mécanique du cytosquelette est la myosine II, nous souhaitons marquer ce moteur en utilisant un colorant lié à un anticorps.<br />3. mesure de force: à l'aide d'une pince optique (un rayon laser focalisé qui permet d'attraper des objets d'une taille inferieure à sa longueur d'onde) nous souhaitons présenter l'antigène sur une bille et mesurer la réponse en force de la cellule, pendant que l'on image les<br />différentes protéines. On pourra donc corréler la dynamique moléculaire avec la génération de force.<br />Avec cette étude on pourra donc élaborer un modèle physique de la polarisation des cellules<br />B. D'un autre coté, la possibilité d'imager des molécules individuelles dans la cellule ouvre plusieurs perspectives dans le domaine de la biologie cellulaire.
On propose d'utiliser de la microscopie de fluorescence et super-résolutive (molécule unique) pour étudier la dynamique des molécules à l'intérieur et sur la membrane du lymphocyte. Pour contrôler la présentation d'antigène dans l'espace et dans le temps et pour mesurer la force d'extraction d'antigène on utilise la pince optique. Les résultats seront interprétés dans le cadre des théories des gels actifs pour le réseau acto-myosin.
Au présent nous avons mis en place les outilles informatique et optique pour réaliser notre projet. Nous avons validé ces outils dans des systèmes que nous avons étudié avant. Nous avons aussi effectué les premières tests de présentation par pince optique.
Les techniques d'imagerie en molécule individuelle couplées à des mesure des forces seront un très utiles dans autres domaines, par exemple dans l'étude des cellules migratrices. Les techniques de présentation d'antigène développés dans le cadre de ce projet (pince optique et bicouche lipidique) seront appliqués à autre systèmes étudiés dans notre unité pour s'approcher à des cas physiologiques.
Du point de vu biologique, expliquer de façon exhaustive la voie de polarisation des lymphocytes B pourra nous permettre de comprendre des mécanismes commune à autres type cellulaire. Du point de vu physique nous espérons de formuler des nouveaux modèles de
polarité qui pourraient trouver une utilisation dans autres systèmes.
• Cdc42 controls the dilation of the exocytotic fusion pore by regulating membrane tension. (2014) Accepté en Molecular Biology of the Cell
• How B cells capture, process and present antigens: a crucial role for cell polarity. Nat.Rev.Imm. 13(7):475-486 (2013).
• Kinesin KIFC1 actively transports bare double-stranded DNA. Nucl.Acids Res. 41 (9), 4926 (2013).
• Quantum dots to tail single bio-molecules inside living cells. Adv.Drug Del.Rev. 64 (2), 167-178 (2012).
• Polarized secretion of lysosomes at the B cell synapse couples antigen extraction to processing and presentation. Immunity 35, 3, 361–374 (2011).
• Polarity protein Par3 controls B cell receptor dynamics and antigen extraction at the immune synapse. En revision en E-life.
• Taxol effect on kinesin intracellular motion. En preparation
Le système immunitaire est constitué de différentes populations de cellules très motiles qui circulent entre les organes lymphoïdes et les tissues périphériques. Le succès de la réponse immune repose sur la capacité de ces cellules à coupler leur fonction immune spécifique avec leur abilité à se mouvoir dans l'espace en réponse aux signaux biochimiques et mécaniques environnementaux. Il a récemment été décrit que la polarité cellulaire induite par la contraction du cytosquelette d'acto-myosine est essentielle à la régulation de la migration des cellules du système immunitaire ainsi qu'à leur capacité à acquérir une fonction immune spécifique.
Ce projet a pour but d'évaluer la contribution de la mécanique à la régulation spatio-temporelle de la polarité des cellules du système immunitaire. Nous proposons une approche interdisciplinaire innovante qui combine des expériences d'analyse de molécules uniques dans la cellule et de mesure de forces. Cet approche sera complétée par une description théorique basée sur les gels actifs. Notre objectif ultime est de construire un modèle physique que reliera les propriétés mécaniques des cellules du système immunitaire à leurs fonction biologique spécifique.
L'originalité de ce projet repose sur la nouveauté de la question qu'il aborde ainsi que sur l'interdisciplinarité de l'approche expérimentale qu'il propose d'utiliser, laquelle combine physique, biologie cellulaire et immunologie. Le rôle de la mécanique dans les cellules du système immunitaire demeure en grande partie inconnu, bien qu'il soit très relevant à leur physiologie. Notre projet contribuera donc à une meilleure compréhension de l'immunité et pourrait, à long terme, mener vers le développement de nouveaux traitements des pathologies associées. En conclusion, cette étude permettra la création de nouveaux liens entre biologie et physique ainsi qu'entre sciences fondamentales et appliquées.
Coordination du projet
Paolo PIEROBON (INSTITUT CURIE - SECTION DE RECHERCHE)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
IC INSTITUT CURIE - SECTION DE RECHERCHE
Aide de l'ANR 239 200 euros
Début et durée du projet scientifique :
- 36 Mois
