Organisation dynamique et mécanique des interactions des intégrines et de leurs régulateurs dans les sites d’adhésion à l’échelle nanométrique. – Integractome

Par microscopie super-résolutive et suivi de protéines individuelles (SPT), nous avons caractérisé l'organisation nanométrique dynamique des intégrines au sein des SA matures (Rossier et al., Nature Cell Biology, 2012). Les intégrines résident dans les SA par des cycles de diffusion libre et d’immobilisation, au cours desquels l'activation des intégrines induit leur immobilisation. Nous allons maintenant étudier les événements moléculaires et biomécaniques qui activent et inactivent les intégrines lors de l'assemblage et du désassemblage des SA naissants et matures. Au niveau moléculaire, nous étudierons: (i) l'organisation nanométrique dynamique des intégrines et régulateurs, (ii) les interactions des intégrines avec leurs activateurs (taline, kindlins) et inhibiteurs (ICAP1a, SHARPIN), (iii) les compétitions et coopérations entre régulateurs. Au niveau biomécanique, nous étudierons comment des forces induites par des étirements cellulaires contrôlent: (i) la dynamique des échanges des intégrines et régulateurs vers et hors des SA, (ii) les réorganisations et déformations des intégrines et régulateurs.

Nous adopterons une approche multidisciplinaire en combinant l'expertise de nos groupes en biologie cellulaire et dynamique des protéines d'adhésion (G. Giannone, Bordeaux); biochimie des intégrines et régulateurs (C. Albiges-Rizo, Grenoble); bio-mécanique et bio-ingénierie cellulaire (P.Nassoy, Bordeaux); micro-impression de substrats, microscopie super-résolutive, SPT et analyse d'images (JB. Sibarita, Bordeaux).

en cours

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L’adhésion cellulaire et la transmission de force sur la matrice extracellulaire (MEC) contrôlent des processus cellulaires essentiels: la motilité, la prolifération et la différentiation cellulaire. Leurs dérégulations sont à l’origine de pathologies, notamment le cancer. Les sites d’adhésion (SA) sont les zones de convergence des signaux biochimiques et biomécaniques émanant des espaces extra et intracellulaire. Ils sont initiés au sein d’extensions membranaires actine-dépendantes, le lamellipode. Leur maturation implique une connexion aux fibres de stress, tandis que leur désassemblage conduit au détachement local de la cellule. Au sein des SA, les intégrines ont un rôle prépondérant dans l’adhésion, la connexion à l’actine et la génération de forces. Les SA constituent un réseau de plus de150 composants et 380 interactions, appelé ‘adhésome’. Bien que l'identification de cette pléthore d’interactions eût été cruciale, l’étape suivante est de comprendre l'orchestration spatio-temporelle de ces interactions et son influence sur l'architecture et la dynamique des SA. Des acteurs prépondérants sont les régulateurs des intégrines, car ils contrôlent à la fois l’adhésion à la MEC et la connexion à l’actine. De plus, les interactions au sein des SA sont régulées par des signaux mécaniques, ce qui est la base de la mécano-transduction.

L'objectif de notre projet est de décrypter au niveau moléculaire, la dynamique et les régulations mécaniques des interactions entre intégrines et régulateurs au sein des SA. Initier la construction d’un interactome dynamique des intégrines à l’échelle nanométrique est la première l’étape vers une compréhension de l’architecture et de la dynamique des SA.

Par microscopie super-résolutive et suivi de protéines individuelles (SPT), nous avons caractérisé l'organisation nanométrique dynamique des intégrines au sein des SA matures (Rossier et al., Nature Cell Biology, 2012). Les intégrines résident dans les SA par des cycles de diffusion libre et d’immobilisation, au cours desquels l'activation des intégrines induit leur immobilisation. Nous allons maintenant étudier les événements moléculaires et biomécaniques qui activent et inactivent les intégrines lors de l'assemblage et du désassemblage des SA naissants et matures. Au niveau moléculaire, nous étudierons: (i) l'organisation nanométrique dynamique des intégrines et régulateurs, (ii) les interactions des intégrines avec leurs activateurs (taline, kindlines) et inhibiteurs (ICAP1-1, SHARPIN), (iii) les compétitions et coopérations entre régulateurs. Au niveau biomécanique, nous étudierons comment des forces induites par des étirements cellulaires (Sinha et al., Cell 2011) contrôlent: (i) la dynamique des échanges des intégrines et régulateurs vers et hors des SA, (ii) les réorganisations et déformations des intégrines et régulateurs.

Nous adopterons une approche multidisciplinaire en combinant l'expertise de nos groupes en biologie cellulaire et dynamique des protéines d'adhésion (G. Giannone, Bordeaux); biochimie des intégrines et régulateurs (C. Albiges-Rizo, Grenoble); bio-mécanique et bio-ingénierie cellulaire (P.Nassoy, Bordeaux); micro-impression de substrats, microscopie super-résolutive, SPT et analyse d'images (JB. Sibarita, Bordeaux). Nos objectifs seront de:
1) Développer des substrats micro-imprimés statiques et étirables pour contrôler spatialement et temporellement l'assemblage et le désassemblage des SA ;
2) Développer le suivi de protéines individuelles multi-couleurs simultané et les méthodes d’analyses quantitatives associées permettant d’étudier les interactions protéiques ;
3) Etudier la dynamique de l’organisation et des interactions entre les intégrines et leurs régulateurs au sein des SA à l’échelle nanométrique ;
4) Etudier lors de la variation de forces, la dynamique de l’organisation et des interactions entre les intégrines et leurs régulateurs au sein des SA à l’échelle nanométrique.