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Nouveaux systèmes biomimétiques pour étudier la contractilité acto-myosine cellulaire – Contract

Contract

Nouveaux systèmes biomimétiques pour étudier la contractilité acto-myosine cellulaire

Understand acto-myosin contractility

We aim at understanding some of the basic mechanisms that control the dynamic mechanical properties of cells. These properties are involved in key cellular processes, including shape changes, motility, division, and mechanosensitivity. This project is positioned at the interface between biochemistry and biophysics.

- The actin toolbox: generation of controlled actin structures under geometrical constraints on beads, liposomes, and patterned substrates
- Myosin-based contractility of controlled actin architectures on patterned substrates and underneath the membrane of liposomes.
- Mechanical properties of controlled acto-myosin architectures and the emergence of spontaneous oscillations under load.

Contraction is obtained around liposomes, contractility on patterned surfaces is obtained, motility assay is working.

develop the three assays in collaboration

K. Carvalho, J. Lemière, F. Faqir, J. Manzi, L. Blanchoin, J. Plastino, T. Betz, C. Sykes «Actin polymerization or myosin contraction: two ways to build up cortical tension for symmetry breaking”, en revision à Philosophical Transaction B

L. Blanchoin, R. Boujemaa-Paterski, C. Sykes and J. Plastino “Actin dynamics, architecture and mechanics in cell motility” , en révision à, Physiological Reviews (2013)

De nombreux processus cellulaires comme par exemple la motilité, les changements de forme, et les oscillations mécaniques spontanées sont gouvernés par les propriétés dynamiques du réseau d'acto-myosine. En exerçant des forces sur les filaments d'actine du cytosquelette, les moteurs moléculaires de type myosine permettent au réseau acto-myosine de se contracter. Il s’agit d’un processus actif complexe, en particulier parce que les filaments d’actine sont souvent dynamiques, polymérisant et dépolymérisant constamment, ce qui entraine une réorganisation du réseau au cours de la contraction. La contractilité acto-myosine a été reproduite dans un tube à essai il y une trentaine d’années en utilisant des extraits cellulaires et le mécanisme d’action des moteurs moléculaires, à l’échelle de la molécule unique, a été étudié en parallèle de manière extensive au cours des vingt dernières années. A une échelle intermédiaire, il reste cependant à élucider comment la structure du réseau d'actine conditionne sa contraction, à identifier le mécanisme détaillé de cette contraction dans un réseau de filaments d'actine intriqués, à caractériser la réorganisation de ce réseau au cours de la contraction, et à comprendre comment des oscillations mécaniques peuvent émerger spontanément d’un système contractile acto-myosine. Pour adresser ces aspects fondamentaux de la contractilité cellulaire, nous proposons de développer de nouveaux systèmes biomimétiques in vitro en construisant des structures acto-myosine de géométrie contrôlée. Pour cela, nous mettrons en commun notre savoir-faire dans la biochimie de l'actine, de la myosine, et dans la conception de surfaces micro-structurées (Blanchoin), dans les systèmes reconstitués à base de membrane lipidique produisant la croissance de réseaux d'actine (Sykes), et dans les mesures biophysiques des forces produites par l'interaction des myosines avec les réseaux d'actine (Martin and Sykes).
Les objectifs de ce projet sont de:
1- Générer des structures d'actine biochimiquement et physiquement contrôlées. Nous imposerons à ces réseaux des contraintes géométriques en dirigeant la polymérisation de l’actine à partir de la surface de billes, de substrats plans micro-structurées ou de la membrane lipidique de liposomes,
2- Caractériser la contraction générée par les myosines dans des réseaux d'actine branchés, ou organisés en faisceaux parallèles ou antiparallèles, ou en présence de réticulants,
3- Mesurer les propriétés mécaniques des structures contractiles d'acto-myosine, en particulier la tension membranaire dans le cas d'un réseau d'actine croissant à partir d'une membrane de liposome, et mettre en évidence l'émergence d'oscillations spontanées en présence d'une force de rappel élastique.

Notre but ultime est de recréer les changements de forme cellulaire. Nous utiliserons la modélisation biophysique théorique et des simulations mathématiques pour décrire nos observations expérimentales. Notre défi est de faire émerger des principes génériques qui gouvernent la mécanique cellulaire ainsi que la dynamique des changements de forme cellulaire et des oscillations qui peuvent en résulter.

Coordinateur du projet

Madame Cécile Sykes (Institut Curie / CNRS UMR168 / UPMC "Physico-chimie "Curie") – cecile.sykes@curie.fr

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.

Partenaire

UMR5168 CEA Direction des sciences du vivant - Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale iRTSV : Équipe 05
IC2 Institut Curie / CNRS UMR168 / UPMC "Physico-chimie "Curie"
IC Institut Curie / CNRS UMR168 / UPMC "Physico-chimie "Curie"

Aide de l'ANR 519 710 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2012 - 36 Mois

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