Combinaison de manipulation optique et mécaniques, de microscopie å haute résolution, et de modélisation physique pour comprendre la signalisation mécanique des cavéoles dans les cellules saines et pathologiques – DECAV-RECAV

La mécanotransduction ou traduction de stimuli mécaniques en signaux biochimiques, a récemment émergé comme un événement clé dans des aspects cellulaires fondamentaux, comme la motilité, la croissance et la différenciation. Comment la mécanotransduction couple la détection des forces mécaniques à des réponses cellulaires spécifiques reste mal compris. Inspirés par un modèle théorique du partenaire 1 (P1) sur la réactivité mécanique des domaines membranaires, les partenaires P3 & P4 ont démontré pour la première fois que les cavéoles sont des mécanosenseurs qui répondent instantanément au stress mécanique pour maintenir l’intégrité et l’homéostasie mécanique de la membrane plasmique. Les cavéoles sont des invaginations caractéristiques de la membrane plasmique abondantes dans les cellules soumises à des contraintes chroniques. Classiquement associées à l'endocytose et l'organisation membranaire de récepteurs de signalisation leur rôle doit être revisité à la lumière de la découverte récente que leur cycle d’assemblage et de désassemblage est directement corrélé aux variations de contraintes mécaniques à la membrane plasmique.
Dans le cadre du projet DECAV-RECAV, notre hypothèse de travail est que les cavéoles ne constituent pas uniquement un réservoir passif de membrane capable d’atténuer les variations de contraintes mécaniques de la membrane, mais sont aussi un élément clé du processus de mécano-signalisation. Notre objectif principal est de comprendre comment le cycle de formation/désassemblage des cavéoles mesure l’état mécanique de la membrane plasmique et transmet cette information à la cellule.
Concrètement, nous étudierons théoriquement (tâche 1) et expérimentalement (tâches 2-4) :
- les interactions moléculaires contrôlant l’organisation des cavéoles en réponse à différents types de contraintes mécaniques. Par un contrôle précis de la nature et de la dynamique des perturbations mécaniques imposées à la cellule (tâche 3), le nombre et les propriétés d’agrégation et de mobilité des différents constituants de cavéoles seront déterminés avec une haute résolution spatiale et temporelle, aussi bien en situation de repos (tâche 2) que sous contrainte mécanique (tâche 4).
- les voies de signalisation associées à la mécano-sensibilité des cavéoles seront identifiées (tâche 4). Nous étudierons la cascade d’interactions moléculaires résultant du désassemblage des cavéoles immédiatement après une contrainte mécanique. Nous déterminerons également les effecteurs impliqués dans les voies de signalisation plus en aval du désassemblage des cavéoles en utilisant une approche de protéomique haut débit.
Notre nouveau consortium transdisciplinaire possède les connaissances, équipements, et forces collaboratives nécessaires à la réussite de ce programme de recherche. Il rassemble i) des physiciens théoriques spécialisés dans les membranes biologiques (P1), ii) des biologistes cellulaires spécialistes des cavéoles et du trafic membranaire (P3), et iii) des biophysiciens, experts dans le développement d’approches biophotoniques pour sonder la dynamique d’organisation de la membrane (P2) et dans l’élaboration de systèmes expérimentaux pour l’étude de la mécanique cellulaire (P4).
La combinaison de techniques de micromanipulation cellulaire, de spectroscopie et de nanoscopie offrira la possibilité de décrire la dynamique d’organisation des cavéoles et ceci afin de comprendre les bases moléculaires de la mécanosensibilité des cavéoles. La modélisation théorique permettra d’intégrer ces mesures dans une compréhension quantitative du couplage entre les propriétés moléculaire des constituent et l’état mécanique de la membrane.
En résumé, la collection de données précises et leur intégration dans un modèle quantitatif nous permettront de tester notre hypothèse et de déterminer les mécanismes et les principes organisationnels conférant aux cavéoles un rôle central dans la signalisation mécanique des cellules.