Mécanismes de mécanosensation dans la paroi cellulaire pour la régulation de la croissance – CellWallSense

Le projet s'intéresse à l'étude de la paroi cellulaire chez les champignons, et notamment aux mécanismes de mécanosensation. Il utilise des méthodes de microscopie, de génétique et de modélisation

En étudiant la localisation dynamique du capteur de paroi cellulaire Wsc1p dans la levure de fission ; nous avons découvert qu'il peut former de grandes grappes sur les sites où la paroi cellulaire est pressée mécaniquement. Cela se produit sur les sites de contact cellule-cellule en interphase ou pendant l'accouplement, et peut être exacerbé par la croissance de cellules dans un environnement confiné dans des canaux microfabriqués. En cartographiant la déformation de la paroi cellulaire avec le recrutement de Wsc1 et en manipulant le stress de la paroi cellulaire, nous avons établi que ce recrutement local se produit en fonction de la dose avec le stress mécanique de la paroi cellulaire. Ces données suggèrent que Wsc1 est un véritable mécanocapteur de la paroi cellulaire.

Nous avons criblé des mutants dans le trafic membranaire, la polarité ou le cytosquelette, et avons constaté que la mécanodétection par Wsc1 est indépendante de ces effecteurs canoniques. En générant des allèles de troncature, nous avons montré que la détection de la force et le regroupement dépendent des grands domaines extracellulaires qui interagissent avec les glucides de la paroi cellulaire. L'analyse FRAP a en outre suggéré que cette protéine diffuse latéralement à la surface de la cellule et que la diffusivité peut être réduite aux sites où
la paroi cellulaire est comprimée. À partir de ces données, nous avons proposé un modèle de «piège cinétique» dans lequel la mécanodétection aux sites de compression de la paroi cellulaire peut être médiée par un engagement amélioré des capteurs avec la paroi cellulaire, qui limitent la diffusivité et permettent la formation de sensosomes pour réparer la paroi cellulaire. Ces données ont été publiées dans un article récent important (Neeli-Venkata et al. Developmental Cell, 2021).

En tant que suite de ces aspects, nous aimerions maintenant comprendre comment l'architecture des mécanocapteurs moléculaires a pu évoluer pour soutenir l'intégrité des parois parmi différents types de parois et de propriétés de croissance cellulaire trouvées chez les champignons. Notamment, Wsc1 se trouve dans tous les champignons et possède des domaines extracellulaires similaires (un domaine «nano-printemps» long STR et un domaine WSC plus petit se liant à CW). Pourtant, le domaine STR présente des variations intéressantes de longueur suggérant que différents capteurs pourraient avoir des propriétés intégrées pour favoriser la mécanosensation CW chez différentes espèces. Pour résoudre ce problème, nous poursuivons deux axes de recherche différents : (i) nous développons des méthodes de super-résolution pour cartographier la taille du capteur directement in vivo, en marquant le C et le N-ter avec différents fluorophores ; et (ii) nous exprimons plusieurs homologues Wsc de différentes espèces dans la levure de fission, et utilisons notre ensemble d'outils quantitatifs pour l'analyse CW, pour tester si et comment ils détectent et transduisent les forces sur le CW avec plus ou moins de sensibilité. Enfin, nous étudions également plus largement la fonction de mécanosensing dans la paroi cellulaire dans différentes transitions polaires de croissance telles que lors de l'accouplement, du décollage de la nouvelle extrémité, de la ramification ou de la germination.

Articles Publiés:

1- Chevalier L, Pinar Sala M, Le Borgne R , Durieu C, Peñalva M, Boudaoud A# and Minc N# (2022) Cell Wall Dynamics in a Filamentous Fungus. BioRxiv. doi: 10.1101/2022.06.12. 495826.
2- Municio-Diaz C, Muller E, Drevensek S, Fruleux A, Lorenzetti Z, Boudaoud A# and Minc N# (2022) «Mechanobiology of the cell wall – insights from tip-growing plant and fungal cells« , J Cell Science, 135 (21): jcs259208.
3- Neeli-Venkata R, Municio Diaz C, Celador R, Sanchez Y, Minc N (2021) «Detection of surface forces by the cell-wall mechanosensor Wsc1 in yeast« , Developmental Cell 56, 1–15
4- Mishra R, Minc N, Peter M (2022) Cells under pressure: how yeast cells respond to mechanical forces. Trends Microbiol. 30(5). doi: 10.1016/j.tim.2021.11.006.
5- Taheraly S, Ershov D, Dmitrieff S and Minc N (2020) «An image analysis method to survey the dynamics of polar protein abundance in the regulation of tip growth«, J Cell Science, 133(22)

Articles en préparation:
1. Chevalier, L, Klingelschmitt, F, Mousseron L, Boudaoud A, and Minc N, “Mechanical Strategies Supporting Rapid Tip Growth in Filamentous Fungi” In preparation
2. Lorenzetti E, Boudaoud A, and A Fruleux, “Inference of ” In preparation

La paroi cellulaire est une couche fine et rigide qui protège les cellules bactériennes, végétales et fongiques. La mécanique de la paroi se modifie pendant la croissance, la reproduction et les infections. Ces modifications entraînent des risques de rupture et de lyse des cellules à cause de leur énorme pression interne. Ces risques sont réduits par le « Cell Wall Integrity Pathway (CWI) », qui détecte les défauts de paroi par des mécanosenseurs membranaires et promeut des réponses compensatoires. Grâce à de nouvelles approches quantitatives de notre consortium permettant d’étudier en dynamique la mécanique de la paroi et de modéliser la croissance de la levure fissipare, nous proposons un programme interdisciplinaire visant à disséquer les mécanismes de mécanosensation de la paroi par les senseurs du CWI et à étudier la fonction de la mécanosensation dans la croissance cellulaire. Ce projet éclairera les mécanismes de mécanosensation de surface et leur rôle dans la survie cellulaire.