Approche multi-échelles de la biomécanique de la kystogenèse – MechaCyst

La compréhension des mécanismes de déformation tubulaire est une question centrale en biologie cellulaire. Une perte locale de contrôle du diamètre constitue la première étape de la formation de kystes dans la plus fréquente maladie génétique rénale, la polykystose rénale autosomique dominante (PKRAD). Les protéines altérées dans la PKRAD, les polycystines, sont localisées dans le cil primaire, organelle mécanosensible dont la perte empêche le développement de la maladie dans des modèles orthologues. Les fonctions des polycystines dans le cil primaire demeurent cependant énigmatiques, de même que les événements morphogénétiques régissant la dilatation tubulaire. Afin de lever les barrières techniques et conceptuelles sur le sujet, MechaCyst utilise une approche inédite reposant sur deux modèles complémentaires : des tubules-sur-puce déformables permettant un contrôle étroit des conditions mécaniques, pour comprendre comment les paramètres mécaniques affectent la capacité des cellules à maintenir la forme tubulaire ; un modèle de souris PKRAD soumis à une intervention modifiant les conditions mécaniques dans les néphrons, afin d'évaluer la pertinence physiopathologique. En articulant ces deux approches, le consortium a commencé à mettre en lumière des aspects inattendus de la mécanique sous-jacente à la formation des kystes. Dans le néphron distal, où les kystes se forment en premier dans la maladie, (1) la dilatation initiale est liée à une distension de la membrane basale tubulaire, abolie par l'ablation des cils, (2) elle n'est pas associée à une hyperprolifération, mais à un changement de forme cellulaire (aplatissement), (3) le flux a un effet protecteur sur la dilatation, qui est rétablie par l'ajout d'une pression luminale, (4) l’inactivation de l’intégrine beta1 prévient la dilatation tubulaire spécifique déclenchée par la pression. Ce projet étudiera comment l'interaction entre les contraintes mécaniques, la signalisation ciliaire, le remodelage de la matrice et les forces de traction conduit à la dilatation tubulaire, première étape de formation des kystes. Notre travail sera subdivisé en cinq tâches, visant à : (1) explorer les relations entre les flux et pressions physiologiques ou pathologiques, et les réponses en termes de dilatation des tubules-sur-puce et de changement de forme cellulaire, puis décrypter les réseaux transcriptionnels qui sous-tendent ces effets, (2) disséquer les mécanismes cellulaires à l’origine de la dilatation des tubules-sur-puce, en se concentrant sur le remodelage de la membrane basale par des facteurs sécrétés et sur la dynamique du cytosquelette et les forces exercées, (3) évaluer le rôle de la signalisation des cils et de l'intégrine beta1 dans la réponse kystogénique aux signaux mécaniques, (4) déterminer si les processus morphogénétiques identifiés par l’approche in vitro sont conservés pendant la formation des kystes in vivo, et (5) déterminer si nos résultats s'appliquent à la PKRAD humaine, et notamment si les inhibiteurs identifiés sont efficaces dans des tubules-sur-puce ensemencés avec des cellules dérivées de patients. Le premier objectif de MechaCyst est de disséquer le rôle des cils primaires et de l'intégrine beta1 dans l'adaptation de la forme et de la mécanique de la membrane basale aux contraintes imposées par les fonctions physiologiques. Au-delà des tubules rénaux, une dilatation de multiples structures tubulaires est observée chez les patients atteints de PKRAD ; les mécanismes identifiés ici sont donc susceptibles de s'appliquer à d'autres situations de dilatation tubulaire, et de présenter un intérêt très large pour la compréhension de la morphogenèse tubulaire et de la biomécanique au cours du développement. La seconde ambition du projet est de traduire les connaissances acquises en nouvelles stratégies thérapeutiques et de surveillance pour les patients souffrant de PKRAD, la principale cause génétique d'insuffisance rénale.