Contribution des Jonctions Tricellulaires dans la Mécanique Epithéliale – ACTRICE

Ce projet a reposé sur une approche intégrée combinant modèles biologiques complémentaires, imagerie avancée, manipulations génétiques ciblées, mesures mécaniques quantitatives et modélisation théorique afin d’étudier le rôle des jonctions tricellulaires dans l’organisation des épithéliums.

Deux systèmes modèles ont été utilisés de manière comparative : des epithelia de drosophile permettant une analyse génétique et dynamique in vivo, et des modèles vertébrés comprenant des lignées épithéliales polarisées et des organoïdes intestinaux dérivés de cellules souches. Au cours du projet, le modèle de l’ectoderme de l’embryon de Xenopus leavis a été implementé au sein de l’équipe du partenaire 1. Cette stratégie comparative a permis d’identifier des mécanismes conservés tout en tenant compte des spécificités propres à chaque système.

L’assemblage et la dynamique des jonctions tricellulaires et bicellulaires ont eté analysés par imagerie en temps réel à haute et super-résolution, incluant microscopie Airyscan, RIM, SIM et microscopie d’expansion, associées à des outils de segmentation 3D et de quantification morphométrique. Des approches génétiques non invasives (analyse mosaïque (drosophile), CRISPR/Cas9 pour l’insertion de tag fluorescent au locus, RNAi) ont permis de perturber ou de suivre précisément les composants jonctionnels.

La contribution des forces mécaniquesa été étudiée par nano-ablation laser, microscopie de forces de traction et optogénétique, afin de mesurer et manipuler localement les tensions aux jonctions tricellulaires et bicellulaires. Ces données expérimentales ont intégrées à des modèles théoriques pour relier la production de forces, la géométrie cellulaire et l’organisation tissulaire.

Cette combinaison de méthodes multi-échelles et interdisciplinaires a permis de passer de la description fine des jonctions tricellulaires à une compréhension mécanistique de leur rôle dans la division cellulaire, la communication intercellulaire et l’homéostasie des epithelia prolifératifs.

Les tissus épithéliaux tapissent nos organes et constituent une barrière essentielle pour protéger l’organisme. Leur solidité repose sur des jonctions spécialisées qui relient les cellules entre elles. Notre projet vise à comprendre comment ces jonctions s’organisent, s’adaptent aux contraintes mécaniques et contribuent au maintien de l’intégrité des tissus, en conditions normales comme pathologiques.

En utilisant la drosophile comme modèle, nous avons montré que les jonctions tricellulaires, situées au point de contact entre trois cellules, se forment indépendamment des jonctions plus classiques reliant deux cellules. Nous avons identifié des protéines clés nécessaires à leur assemblage et démontré que leur altération désorganise la barrière épithéliale, soulignant leur rôle central dans la cohésion des tissus.

Nous avons également mis en évidence la capacité remarquable des épithéliums à compenser des défauts jonctionnels. Lorsque certaines jonctions sont affaiblies, les cellules renforcent leurs contacts et adaptent leur mécanique interne. Ce processus s’accompagne d’une réorganisation du trafic des protéines membranaires, favorisant leur recyclage plutôt que leur dégradation, afin de préserver la stabilité du tissu.

Chez le xénope, un modèle de vertébré, nous avons identifié une protéine conservée des jonctions tricellulaires, essentielle à leur fonctionnement. Cette protéine joue aussi un rôle clé dans les mouvements cellulaires nécessaires à la mise en place de certains tissus, montrant que les jonctions tricellulaires interviennent à la fois dans l’architecture et la dynamique des épithéliums.

Dans un modèle de cancer chez la drosophile, nous avons montré que la perturbation des jonctions favorise l’extrusion collective de cellules tumorales hors de l’épithélium. Nos travaux révèlent que l’organisation du tissu et les préférences d’adhésion entre cellules déterminent la direction de cette extrusion, un phénomène clé dans la progression tumorale.

Enfin, chez les mammifères, nous avons découvert que les jonctions tricellulaires sont très dynamiques lors de la division cellulaire. Elles se réorganisent pour permettre la division tout en maintenant la cohésion mécanique du tissu. Une protéine caractéristique de ces jonctions intervient aussi à la toute fin de la division, assurant une séparation correcte des cellules filles.

Dans l’ensemble, ce projet met en lumière le rôle central des jonctions tricellulaires dans la stabilité, l’adaptation et la plasticité des tissus épithéliaux, avec des implications importantes pour le développement, la régénération et les maladies comme le cancer.

En combinant imagerie de pointe, approches génétiques, analyses mécaniques et modélisation, ce projet a commencé à fournir une vision mécanistique intégrée du rôle des jonctions tricellulaires dans l’homéostasie des epithelia prolifératifs. Les résultats obtenus permettent d’initier un cadre conceptuel nouveau reliant architecture cellulaire, forces mécaniques et décisions cellulaires, avec des implications majeures pour la compréhension du développement, de la régénération tissulaire et des pathologies épithéliales.

Dans les épithélia, là où trois cellules se contactent, les jonctions bicellulaires sont disjointes et des structures spécialisées appelées jonctions tricellulaires (TCJ) sont assemblées. En plus d'assurer les fonctions de barrière épithéliale, les TCJs viennent d'émerger comme des points névralgiques de contrôle de la tension épithéliale. Ce projet vise à comprendre comment les composants de TCJ sont assemblés et régulent l'actomyosine pour contrôler les forces au niveau des contacts bicellulaires. Nous comparerons des modèles de divisions symétriques et asymétriques de cellules épithéliales de drosophile et de mammifères, en utilisant des approches d’imagerie de pointe, de génétique, de perturbations mécaniques et de modélisation. Ce projet multidisciplinaire permettra de mieux comprendre comment les TCJ, en contrôlant la géométrie et la force appliquées aux contacts cellule-cellule régulent l’organisation épithéliale et l'homéostasie des progéniteurs et des cellules souches.