Comprendre la coordination spatio-temporelle entre les mécanosenseurs des jonctions adhérentes et des adhésions focales dans la migration cellulaire collective – MECASPREAD

La migration cellulaire collective est impliquée dans la morphogenèse, la régénération tissulaire et le cancer. Les cellules qui migrent collectivement doivent se coordonner par la propagation directionnelle de signaux. Dans la migration collective épithéliale, le cytosquelette d'actomyosine transmet des informations mécaniques aux jonctions adhérentes (AJ) cellule-cellule et aux adhérences focales (FA) cellule-matrice. Nos récentes études ont révélé comment les adhérences mécanosensibles codent les informations mécaniques transmises par l'actomyosine pour former des complexes stables entre l'a-caténine, la vinculine et le VASP dans les jonctions adhérentes, et entre la taline et la vinculine dans les adhérences focales, qui polymérisent l'actine pour alimenter le cytosquelette d'actomyosine. Nous émettons l'hypothèse que la coordination des activités mécanosensibles et de polymérisation de l'actine des adhérences focales et des jonctions adhérentes contrôle la propagation des signaux mécanochimiques pour coordonner les cellules pendant leur migration collective.
Les objectifs généraux de ce projet sont de déterminer 1) les mécanismes moléculaires par lesquels les activités des mécanosenseurs des FA et des AJ se coordonnent pendant la migration collective, 2) le rôle des mécanosenseurs des FA et des AJ dans la propagation des signaux à travers une monocouche de cellules, et 3) l'importance de ces mécanismes pour les paramètres de la migration collective tels que la vitesse, la collectivité, la directionnalité et la persistance.
Pour ce faire, notre équipe développera une stratégie interdisciplinaire combinant la biochimie, la biophysique et la biologie cellulaire. Dans un premier temps, nous développerons un système minimal constitué de protéines purifiées micropatternées, dont les mécanosenseurs des FA et des AJ, dont l'organisation spatiale mime l'architecture 2D de la face basale d'un feuillet de cellules en migration. Ici, la protéine mécanosensible a-caténine sera immobilisée sur les bords d'hexagones micropatternés formant une structure en nid d'abeille, imitant sa distribution dans les AJ, tandis que la protéine mécanosensible taline sera immobilisée à l'intérieur des hexagones, imitant sa localisation sur la face basale des cellules. La liaison de l'actine fluorescente, de la vinculine et de VASP aux zones de taline et d'a-caténine sera stimulée par la force de l'actomyosine et observée en microscopie TIRF. Le développement de capteurs FRET innovants permettra de mesurer la force de l'actomyosine appliquée aux zones de taline et d'a-caténine. Enfin, nous déterminerons les mécanismes régissant la propagation spatio-temporelle, dépendante de l'actomyosine, de la liaison de la vinculine aux zones de taline et d'a-caténine, ainsi que la force de traction qui l'accompagne, à la suite de la stimulation locale de l'actomyosine par des outils optogénétiques. Les informations obtenues à partir de ce test in vitro, telles que les concepts généraux associés à la coordination spatio-temporelle des activités des mécanosenseurs FA/AJ et les outils moléculaires correspondants, tels que les mutants présentant des défauts dans les activités mécanosensibles et de polymérisation de l'actine, seront transposées aux cellules MDCK II en migration collective. Ces mutants seront exprimés dans les cellules MDCK II afin de déterminer leur rôle dans 1) la coordination des AJ et des FA pendant la migration collective, 2) la propagation des ondes mécanochimiques intrinsèques et induites par optogénétique, et 4) les paramètres clés de la migration collective (vitesse, persistance, directionnalité et collectivité).