Structure et mécanique des réseaux composites de cytosquelette – CoCyNet

Le cytosquelette est principalement responsable des propriétés mécaniques des cellules vivantes. Il est composé de trois types de biopolymères interconnectés : l'actine, les filaments intermédiaires (FIs) et les microtubules. Parmi ceux-ci, les filaments d'actine et les microtubules forment des réseaux dynamiques qui peuvent s'assembler et se désassembler rapidement en réponse à leur environnement, mais qui ne sont pas mécaniquement résistants car ils ont tendance à se rompre ou à se désassembler sous contraintes modérées. Au contraire, la vimentine, utilisée comme modèle de FIs, forme un réseau stable avec un assemblage lent, mais avec des propriétés mécaniques remarquables, car les filaments de vimentine sont hautement étirables et résistent à la rupture. Bien que l'actine et la vimentine aient des propriétés structurelles et physiques différentes, il est de plus en plus évident qu'elles travaillent en coordination pour contrôler des fonctions cellulaires telles que la migration et la division cellulaires ou la mécano-sensibilité. Par exemple, les filaments de vimentine contrôlent l'assemblage des fibres de stress d'actine (SFs), et les fibres de vimentine orientent les forces de traction qui conduisent la migration cellulaire. Le couplage dynamique de la vimentine avec l'actine a également été associé à la limitation des dommages cellulaires au cours de processus impliquant de grandes déformations, ce qui se produit pendant le développement embryonnaire, les métastases cancéreuses ou la cicatrisation. L'interaction entre vimentine et actine est donc cruciale pour la protection des cellules contre les forces extérieures.

Si la régulation des fonctions cellulaires par des signaux biochimiques est connue depuis longtemps, il est de plus en plus clair qu'elles sont également régulées par des forces mécaniques provenant de l'environnement extracellulaire, de la membrane plasmique ou du cytosquelette. Le contrôle des protéines de liaison par les forces mécaniques a été largement étudié dans le cas de l'actine, mais la question de savoir si des mécanismes similaires existent également pour les protéines de liaison de la vimentine ou les réticulateurs d'actine/vimentine reste moins explorée.

L’interaction physique entre l'actine et la vimentine pourrait provenir de trois types d'interaction différents : (i) une liaison directe potentielle ; (ii) des effets stériques ; (iii) une connexion via des réticulateurs. Cependant, très peu d'études ont abordé l'interaction entre vimentine et actine au niveau moléculaire, et aucune n'implique sa régulation par la force. Ici, nous supposons que le couplage entre les réseaux d'actine et de vimentine est responsable de propriétés physiques émergentes qui sont fondamentales pour de nombreuses fonctions cellulaires, telles que le maintien de grandes déformations ou la génération de forces à grande échelle.

L'objectif du projet est d'élucider comment la morphologie dynamique des réseaux composites du cytosquelette est déterminée par leurs composants moléculaires et comment elle est régulée par des signaux mécaniques. Nous voulons comprendre comment les réseaux d'actine et de vimentine régulent les propriétés de l'autre, soit directement, soit par l'intermédiaire de protéines réticulantes passives ou actives spécifiques, et comment l’interaction entre eux est modulée sous l'effet de contraintes externes. Nous étudierons la structure et la dynamique des réseaux d'actine/vimentine et leur régulation par la force dans des contextes de complexité croissante : des filaments uniques et faisceaux reconstitués in vitro (WP1 sans force externe, WP2 avec force) aux réseaux cellulaires dans des cellules vivantes (WP3). Nous allons ainsi mieux comprendre comment les cellules intègrent la mécanotransduction du cytosquelette d'actine et de la vimentine pour assurer des réponses mécaniques adéquates pendant les fonctions cellulaires, et découvrir de nouveaux mécanismes impliqués dans la mécanosensibilité.