Structures in situ de machineries moléculaires de la polymérisation de l'actine et de l'adhérence cellulaire par cryo-tomographie électronique – CryoAdhesome

La polymérisation de l'actine joue un rôle critique dans le maintien de la morphologie, de l'intégrité et de la polarisation cellulaire, ou encore dans la capacité des cellules à générer des forces et sonder les propriétés mécaniques de leur environnement. Différentes structures d’actine sont impliquées dans le contexte de la migration cellulaire. Parmi elles, les podosomes et les invadopodes sont les lieux d’exocytose de protéases matricielles permettant aux cellules de remodeler la matrice extracellulaire et de migrer à travers des matrices denses. Actuellement, peu de choses sont connues d’un point de vue structurel quant à la manière dont les acteurs moléculaires de la machinerie de l'actine coopèrent à l'intérieur des cellules pour générer des forces.

Le cytosquelette d’actine est lié à la matrice extracellulaire via les intégrines par un réseau complexe d’une centaine de protéines. La manière dont ce réseau est organisé reste difficile à définir, en partie parce que les techniques structurelles classiques altèrent les détails morphologiques ou reposent sur l'extraction et la purification de protéines.

Nous avons choisi d'étudier à l’échelle nanoscopique l'architecture des podosomes de macrophages. Il s’agit de structures d'adhérence submicrométriques dans lesquelles les filaments d'actine sont étroitement liés aux sites d'adhérence, étant ainsi des outils de choix pour étudier le couplage de ces deux machineries. Les podosomes sont constitués d’un cœur de filaments d’actine entouré d’un anneau d’adhérence et de protéines associées. Comment des forces sont produites et transmises au sein des podosomes reste incompris.

Notre projet vise à utiliser les dernières avancées technologiques en cryo-tomographie électronique (cryo-ET) pour révéler la base structurelle d’éléments clés de la mécanique des podosomes. Forts de notre expertise complémentaire en cryo-ET et en mécanobiologie des podosomes, nous proposons d’imager in situ:
1. L’architecture moléculaire des filaments d’actine et de leurs régulateurs, et d’élucider les mécanismes moléculaires par lesquels les forces de protrusion sont générées et transmises.
2. La composition et la structure d'un complexe d'adhérence protéique et son rôle dans la génération de forces par les podosomes.

Pour résumer, nous proposons de combiner la cryo-ET, les mesures de force, la nanoscopie quantitative 3D et la modélisation afin de révéler à l'échelle nanométrique l'organisation des mécanismes de polymérisation de l'actine et d'adhérence dans les podosomes, et d'élucider in situ des mécanismes structurels clés de la mécanosensibilité cellulaire. Ces résultats permettront de mieux comprendre les déterminants structurels de la génération de forces par les podosomes, et fourniront des structures à haute résolution de protéines clées liées à l'actine et l’adhérence cellulaire qui ne pourraient être atteintes par aucune autre approche structurelle.