CE13 - Biologie Cellulaire, Biologie du Développement et Evolution

Effet de la dynamique de l'acto-myosine sur les nanotubes membranaires – DynAcTube

Effet de la dynamique de l’acto-myosine sur les nanotubes membranaires

A l'intérieur des cellules vivantes, le remodelage des nanotubes membranaires par la dynamique des réseaux d’acto-myosine est crucial pour des processus tels que le trafic intracellulaire ou l'endocytose. Malgré l'importance de ces processus pour les fonctions cellulaires, les mécanismes par lesquels l'acto-myosine affecte la morphologie des nanotubes est mal compris. Mon objectif est d’étudier ces mécanismes physiques par des expériences in vitro biochimiquement contrôlées.

Comprendre comment la dynamique de l'active affecte le devenir des nanotubes membranaires

Mon projet vise à déterminer in vitro comment la dynamique de l'acto-myosine remodèle les nanotubes membranaires. Notre hypothèse est que la dynamique de l'actine et / ou l'activité de la myosine induisent une contraction des nanotubes membranaires qui peut éventuellement conduire à leur scission. Dans le cas d'un nanotube membranaire, le maillage des réseaux d'actine est de l'ordre de 50 nm, proche de son diamètre; c'est pourquoi la structure du réseau à l'échelle nanométrique doit régir le remodelage du nanotube, en particulier lorsque les filaments d'actine sont sous tension induite par la myosine. Mon objectif est de répondre à deux questions complémentaires: <br />- Comment la force de maintien d'un nanotube membranaire évolue en présence de réseaux d'acto-myosine reconstitués polymérisant dynamiquement au niveau de sa membrane? <br />- Comment la nanostructure du réseau acto-myosine (maillage, composition, propriétés dynamiques) détermine le remodelage des nanotubes?

J'utiliserai deux techniques complémentaires pour former des nanotubes membranaires sur lesquels je reconstituerai des réseaux d’acto-myosine à partir de protéines purifiées. En utilisant des pinces optiques, je mesurerai les forces impliquées dans la formation et la maintenance des nanotubes en présence d'actine-myosine. Parallèlement, je développerai une nouvelle approche pour obtenir la structure des réseaux d’acto-myosine à l'échelle nanométrique sur les nanotubes membranaires par Microscopie de Force Atomique. En combinant ces deux techniques, je pourrai ainsi comprendre comment la structure nanométrique du réseau actine-myosine dicte le remodelage du tube à l'échelle micrométrique. Cela fournira des informations cruciales sur la régulation de la forme des nanotubes et prmettra d'approfondir notre compréhension du fonctionnement cellulaire.

Dans Lamour et al., Phys. Rev. X, 2020, nous proposons une cartographie nanomechnique des nanotubes membranaires par AFM. Nous relions leur morphologie et leurs propriétés mécaniques et montrons comment elles sont affectées en présence d'une couche d'actine à la surface du tube.

Dans Allard et al., Sci. Adv. 2020, nous polymérisons un réseau d'actine dynamique à la surface d'un nanotube et suivons comment l'actine affecte son évolution lorsqu'on l'étire, comme c'est le cas in vivo. En fonction de la quantité d'actine sur le tube, il est complètement stabilisé ou peut être allongé. Dans ce dernier cas, la couche d'actine se déchire et le rayon du tube devient transitoirement hétérogène: les régions nouvellement formées et dépourvues d'actine sont plus petites et pourraient être disponibles pour d'autres protéines qui remodèlent les tubes.

En accomplissant les tâches détaillées ci-dessus, j'obtiendrai des informations cruciales et novatrices sur l'effet de la dynamique de l'acto-myosine sur le remodelage des nanotubes membranaires pour divers réseaux d'acto-myosine et compositions de membranes. Cette approche biophysique interdisciplinaire contribuera à la compréhension de phénomènes tels que le trafic intracellulaire et l'endocytose qui sont des processus fondamentaux conservés dans toutes les cellules eucaryotes. Je développerai également un nouveau dispositif permettant d'accéder à la nanostructure de nanotubes membranaires par l'AFM.

1. Allard, A.; Valentino, F.; Sykes, C.; Betz, T.; Campillo, C.* «Fluctuations of a membrane nanotube interacting with an actin network», Phys. Rev. E, accepted
2. Allard, A.; Bouzid, M.; Betz, T.; Simon, C.; Abou-Ghali, M.; Lemière, J.; Valentino, F.; Manzi, J.; Brochard-Wyart, F.; Guevorkian, K.; Plastino, J.; Lenz, M.; Campillo, C.*; Sykes, C.* «Effect of an actin sleeve on a membrane nanotube», Science Advances, 6 (17), eeaz 3050, 2020
3. Lamour, G.; Allard, A.; Pelta, J.; Labdi, S.; Lenz, M.; Campillo, C.* « Morphology and mechanical properties of membrane nanotubes by atomic force microscopy », Phys Rev X, 10, 011031, 2020

A l'intérieur des cellules vivantes, le remodelage des nanotubes membranaires par la dynamique des réseaux d’acto-myosine est crucial pour des processus tels que le trafic intracellulaire ou l'endocytose. Malgré l'importance de ces processus pour les fonctions cellulaires, les mécanismes par lesquels l'acto-myosine affecte la morphologie des nanotubes est mal compris. Quelles sont les forces radials et axiales générées sur un nanotube par la dynamique de l’acto-myosine ? Ces forces peuvent-elles induire la scission du nanotube? Comment sont ells reliées à la structure du réseau d’acto-myosine ? Mon objectif est de répondre à ces questions par des expériences in vitro permettant d’étudier les mécanismes physiques du remodelage des nanotubes avec des expériences biochimiquement contrôlées. J'utiliserai deux techniques complémentaires pour former des nanotubes membranaires sur lesquels je reconstituerai des réseaux d’acto-myosine à partir de protéines purifiées. En utilisant des pinces optiques, je mesurerai les forces impliquées dans la formation et la maintenance des nanotubes en présence d'actine-myosine. Parallèlement, je développerai une nouvelle approche pour obtenir la structure des réseaux d’acto-myosine à l'échelle nanométrique sur les nanotubes membranaires par Microscopie de Force Atomique. En combinant ces deux techniques, je pourrai ainsi comprendre comment la structure nanométrique du réseau actine-myosine dicte le remodelage du tube à l'échelle micrométrique. Cela fournira des informations cruciales sur la régulation de la forme des nanotubes et prmettra d'approfondir notre compréhension du fonctionnement cellulaire. Je travaille sur les nanotubes membranaires et les réseaux reconstitués d’acto-myosine depuis 2008 et j'utilise l'AFM depuis 2013, donc j'ai les compétences et le meilleur environnement, dans mon laboratoire et avec mes collaborateurs, pour mener à bien ce projet ambitieux et novateur. L’allocation JCJC me permettra d’avoir deux chercheurs sous ma supervision, d’obtenir d’importants résultats scientifiques et donc de renforcer mon independence scientifique de preparer la poursuite de ma carriere universitaire.

Coordinateur du projet

Monsieur Clément Campillo (Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LAMBE Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement

Aide de l'ANR 317 412 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 36 Mois

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