Dynamique Conformationnelle et Mécanotransduction dans les Adhésions Intégrine – DYNAMech

Les cellules détectent les propriétés physiques et biochimiques de leur environnement pour réguler des fonctions essentielles : adhésion, migration et différenciation. La matrice extracellulaire (MEC) est un canal primordial d'information environnementale, son architecture influençant directement l'activation des récepteurs. Au niveau des sites d'adhésion médiés par les intégrines, ancrages cellulaires à la MEC, s'intègrent des signaux biochimiques et biomécaniques provenant de l'environnement extracellulaire et du cytosquelette d'actine, formant des plateformes de signalisation essentielles.

Les récents développements en microscopie de super-résolution et en suivi de protéines uniques ont révélé l'organisation nanométrique des adhésions intégrines comme des structures multicouches avec des domaines fonctionnels distincts : signalisation des intégrines, transduction de la force et régulation de l'actine. L'équipe de Grégory Giannone (P1, France) a contribué à cette transformation en développant des stratégies pour comprendre les adhésions intégrines au niveau moléculaire. Bien que les méthodes actuelles aient identifié des nanodomaines fonctionnels et révélé des dynamiques nanométriques auparavant inaccessibles, elles ne peuvent pas encore résoudre de façon optimale les changements tridimensionnels de l'architecture et de la dynamique de ces complexes macromoléculaires.

La régulation de ce réseau d'interactions protéiques par les forces mécaniques de la MEC et du cytosquelette d'actine constitue une complexité supplémentaire. L'équipe de Daniel Müller (P2, Suisse) est pionnière dans le développement de méthodes basées sur la microscopie à force atomique (AFM) pour étudier les événements moléculaires mécaniques contrôlant les adhésions intégrines. Cependant, les méthodologies actuelles ne peuvent quantifier de façon optimale les propriétés mécaniques (rigidité, cohésion, déformabilité) de ces structures, cruciales pour leurs fonctions au sein d'un environnement 3D.

Dans le projet DYNAMech, nous émettons l'hypothèse d'une relation directe entre l'architecture moléculaire, la dynamique et les propriétés mécaniques des complexes macromoléculaires. Notre consortium interdisciplinaire réunit l'expertise complémentaire de P1 en microscopie de super-résolution et de P2 en méthodologies AFM à travers trois objectifs. Notre synergie réunit des technologies souvent cloisonnées, promettant des avancées sans précédent dans notre compréhension des mécanismes moléculaires qui régissent les adhésions intégrines.

AIM1: Décoder l'Architecture Tridimensionnelle et la Dynamique des Complexes d'Adhésion. En utilisant des techniques de super-résolution et de suivi de protéines uniques de dernière génération (MINFLUX, DNA-PAINT), nous caractériserons l'organisation dynamique nanométrique des adhésions matures et précoces, révélant l'architecture des nanodomaines fonctionnels et les changements de conformation des protéines durant la maturation des adhésions.

AIM2: Explorer l'Impact des Propriétés Physiques de la MEC sur les Adhésions. Nous examinerons comment les nanotopographies de la membrane et du substrat régulent l'organisation dynamique nanométrique des adhésions intégrines. Nous utiliserons des surfaces nanostructurées, des modèles 3D de la MEC et modulerons la topographie membranaire via la Mucine1, quantifiant la force d'adhésion par FluidFM pour corréler l'architecture moléculaire avec la fonction.

AIM3: Étudier l'Organisation Moléculaire et la Mécanique des Adhésions. Nous utiliserons la Spectroscopie de Force Cellulaire pour quantifier comment les protéines régulent l'assemblage des adhésions et appliquerons des forces locales par AFM pour étudier l'influence des stimuli mécaniques, corrélant mécanique et organisation moléculaire par MINFLUX 3D et DNA-PAINT après stimulation.