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G. Giannone et al dans Nature Cell Biology

La mécano-biologie décryptée par microscopie de super-résolution

Les cellules sont capables de s’adapter et de répondre à une multitude de stimuli mécaniques. Cependant, les mécanismes moléculaires qui sont à la base de la mécanosensibilité cellulaire sont encore méconnus. Des chercheurs de l’Institut Interdisciplinaire des Neurosciences (CNRS/Université Bordeaux), du Laboratoire Photonique Numérique et Nanosciences (CNRS/Université Bordeaux/Institut d’optique graduate school), du Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (CNRS/Sorbonne Université) et de l’Institut Pasteur (CNRS) ont réussi à étudier pour la première fois dans des cellules vivantes, les réponses mécaniques des protéines au sein de structures mécanosensibles, notamment les sites d’adhésion et le cytosquelette. Pour ce faire, alors qu’aucune technique ne le permettait jusque-là, ces chercheurs ont combiné les techniques de microscopie super-résolutives et d’étirement cellulaire dans un dispositif miniaturisé innovant. Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature Cell Biology.

Les tissus et les cellules d’un organisme sont continuellement soumis à des forces mécaniques. Par exemple, les muscles et les neurones sont étirés pendant le mouvement, le battement du cœur ou la respiration. De façon plus générale, les cellules sondent continuellement les propriétés mécaniques de leur microenvironnement, à l’aide de structures adhésives et leur cytosquelette. Cette mécanosensibilité cellulaire joue un rôle clé dans la vie de la cellule car elle régule sa migration, mais aussi sa prolifération et sa mort lors de phénomènes physiologiques tels que le développement. L’altération de cette mécanosensibilité cellulaire est impliquée dans le développement de pathologies, comme le cancer.

Des études antérieures réalisées sur des protéines purifiées ont montré que la mécanosensibilité cellulaire repose sur la déformation et la réorganisation des protéines. Donc, le consensus général est qu’un stress mécanique externe appliqué aux cellules est directement et instantanément transmis aux protéines au sein des structures adhésives et du cytosquelette. Dans cette étude, des chercheurs de l’IINS, du LP2N, du LPTMC et de l’Institut Pasteur ont révélé pour la première fois la réponse mécanique des protéines individuelles en combinant l’étirement cellulaire sur des substrats élastiques avec la microscopie super-résolutive. Certaines protéines, comme les protéines d’adhésion, suivent le déplacement élastique du substrat. D’autres, comme les protéines connectées au cytosquelette, ont un comportement inélastique, car elles continuent à être déformées ou réorganisées alors même que le substrat n’est plus étiré. Ces résultats démontrent que la réponse mécanique des protéines n’est pas obligatoirement déclenchée par une transmission directe des forces externes. Au contraire, une contrainte mécanique externe déclenche une réponse active et déphasée de la cellule. Ceci permet d’amplifier des stimuli mécaniques faibles pour déformer ou recruter des protéines lors de la mécanosensibilité cellulaire. La combinaison de l’étirement cellulaire et de la microscopie super-résolutive permettra de déchiffrer les mécanismes moléculaires à la base du fonctionnement d’autres structures mécanosensibles tels que la membrane cellulaire ou le noyau.

Ces images des filaments intermédiaires à une résolution d’une dizaine de nanomètres ont été obtenues grâce à une méthode innovante combinant étirement cellulaire (A) et les techniques de microscopie super-résolutives (B). Cette approche permet d’étudier les réponses mécaniques de protéines individuelles au sein des structures mécanosensibles cellulaires.

Références

Sophie Massou*, Filipe Nunes Vicente*, Franziska Wetzel*, Amine Mehidi, Dan Strehle, Cecile Leduc, Raphaël Voituriez, Olivier Rossier, Pierre, Nassoy and Gregory Giannone
Cell stretching is amplified by active actin remodeling to deform and recruit proteins in mechano-sensitive structures.
Nature Cell Biology
DOI : 10.1038/s41556-020-0548-2.
https://www.nature.com/articles/s41556-020-0548-2

* co-premiers auteurs

(1) Institut Interdisciplinaire de NeuroSciences, CNRS UMR 5297, Université Bordeaux.

(2) CNRS & Institut d’Optique, LP2N, Université de Bordeaux.


Contacts

Grégory Giannone
Univ. Bordeaux, CNRS, Institut Interdisciplinaire de Neurosciences,
UMR 5297, Université Bordeaux.
Tél : 05 33 51 47 08
Mél :

Pierre Nassoy
Uni. Bordeaux, CNRS & Institut d’Optique, LP2N,
Tél : 05 57 01 71 00
Mél :

31/07/20 // Catégorie(s) : Nos publis commentées