Projet ANR-10-PDOC-0003 – COELPOCE : CONTROLE ELECTRIQUE DE LA POLARISATION CELLULAIRE
Programme : Retour Post-Doctorants (RPDOC)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Nicolas MINC (INSTITUT CURIE - SECTION DE RECHERCHE)
Partenaires : Institut Jacques Monod; Institut Curie
Montant : 515044.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Control électrique de la polarité cellulaireChercher à disséquer le mécanismes moléculaires de la régulation électrochimique de la polarité cellulaire
Mécanismes moléculaires du galvanotropismeLa polarité cellulaire régule la communication entre céllule, l'architecture des tissues et le développement. Les signaux externes et internes à la cellules influence la polariité. Une couche de régulation mal comprise est la régulation par signaux électrochimique de la polarité. Ces signaux incluent , des courants ioniques, des gradients de membranes potentiels, ou même des champs électriques, qui sont organisé à l’échelle cellulaire et multi-cellulaire et proviennent de l'organisation spatiale de transporteurs ioniques à la membrane plasmique. Le but général de ce projet est de comprendre les bases moléculaires et biophysiques de cette régulation.
Les levures bourgeonnantes comme modèle génétiques pour ces études.Dans ce projet, nous introduisons les levures comme modèle génétique pour comprendre ces effets. On utilise des chambres microfluidiques dans lesquels on observe par video-micrioscoipe des levures pousser sous champs électriques. Cet essaie nous permet aisément de faire des  cribles de mutants, et d'identifier les mécanismes moléculaires.
Résumé de la soumission : La polarisation cellulaire, c'est-à-dire l’orientation spatiale qu’une cellule adopte en réponse à un stimulus interne ou externe, est un phénomène biologique fondamental pour la morphogenèse d’un organisme ou la fonction du système immunitaire. In vivo, les cellules sont soumises à des signaux d’origine mécanique, chimique ou même électrique, guidant la polarisation de la cellule. On s’intéresse ici aux aspects électriques associés à la polarisation cellulaire. Des champs électriques on été mesurés autour de tissues et de cellules dans bon nombres de circonstances physiologiques. Ces signaux participent a la régulation de processus de polarisation comme la cicatrisation, le développent ou la migration de métastases. Au cours de ces processus, le champ électrique endogène constitue un signal rapide et à longue distance permettant d’orienter la polarisation de toues les cellules au sein du tissu. Une comparable organisation électrique existe autour de larges cellules uniques polarisées comme les œufs en développent ou les tubes de pollen. Enfin, l’application de faibles champs électriques exogènes in vitro peut orienter la polarisation (migration, croissance ou division) dans de très nombreux types cellulaires, comme les bactéries, les neurones ou encore les cellules immunitaires. Bien que ces phénomènes soient connus depuis longtemps, les mécanismes biophysiques et moléculaires gérant cette réponse restent complètement incompris. Ce projet propose une approche pluridisciplinaire visant à étudier cette dimension électrique de la polarité cellulaire et à l’utiliser dans des applications d’ingénieries cellulaire et biomédicales. Le premier volet propose ainsi d’utiliser les systèmes cellulaires de levures fissipare et bourgeonnante comme organismes modèles génétiques pour caractériser profondément ces effets de champs électriques. La réponse en termes de polarisation de ces cellules à un champ électrique a été introduite par le candidat pendant son post-doctorat.  Ce volet inclue une approche globale de type biologies des systèmes pour mettre en place un screen génétique visuel à l’échelle complète du génome de ces deux organismes. Pour cela on utilisera des dispositifs microfluidiques, qui permettront de sonder la réponse de centaines de mutants parallèlement. Ces études promettent d’identifier les protéines clés impliquées dans cette réponse, et d’établir à la suite d’autres expérimentation approfondie, les mécanismes et voie de signalisation liant les effets physique du champ électrique aux molécules impliquées dans cette réponse. Le deuxième volet, cherche à utiliser des champs électriques pour déplacer et positionner artificiellement des protéines au sein de la cellule. Il a en effet été observé dans différents contextes que les protéines transmembranaires ayant un domaine extracellulaire large et chargé peuvent être déplacées par électrophorèse le long de la membrane in vivo. On propose d’utiliser des méthodes de clonage et de mutagenèse ciblée, couplée au développement de modèles théorique d’électrophorèse,  pour optimiser le design de protéines transmembranaires et maximiser leur mobilité électrophorétique in situ.  Le but ultime est de générer des fusions entre ces protéines membranaires et des facteurs corticaux ou cytoplasmiques pour contrôler le positionnement de divers types de protéines in situ. Ces approchent ouvriront la voie sur un contrôle complet et précis de différents événements de polarisation. Le dernier volet vise à explorer et caractériser ces effets de signaux électriques sur les propriétés de migration de métastases. En exploitant des propriétés migratoire différentielles de ces cellules par rapport a des cellules saines ou moins invasives, on développera des dispositifs microfluidiques permettant d’identifier et de trier ces métastases.
Résultats : Nos résultats a déjà permis d'établir pour la première fois une voie de signalisation claire reliant les effets d'un cham électirquez à la polarité cerllulaire
Perspectives : Nous developpons de soutils à base d'optogénétiques pour contrôler la polarité cellulaire.
Publications et brevets : Manuscript publiés: 
1.	Campetelli A, Bonazzi D, Minc N. (2012), «Electrochemical regulation of cell polarity and the cytoskeleton« Cytoskeleton (Hoboken), 2012 Jun 26. doi: 10.1002/cm.21047. 
2.	Minc# N. and Piel# M. (2012) ,«Predicting division plane position and orientation« Trends Cell Biol., 22(4). 193-200.  
3.	Minc# N. , Burgess, D. and Chang F. (2011), «Influence of cell geometry on division plane positioning« Cell., 144 (3): 414-426. #Corresponding author. 
MAnuiscript en préparation:  
4.	Campetelli, Bonazzi, Piel Chang and Minc, “Electrochemical regulation of budding yeast polarity” , In preparation
5.	Bonazzi and Minc, “Dissecting the molecular mechanisms of electrotactic effects”, Invited review to be published in 2013
Presentation de conférences: 
American Society for Cell biology 2011, Denver, USA (Poster): 
Campetelli, Bonazzi, Piel Chang and Minc, “Directing yeast polarity with EF.” 
 Gordon Research Conference 2012 , Membrane electrochemistry , Italy (Poster):
Campetelli, Bonazzi, Piel Chang and Minc, “Directing yeast polarity with EF.” 
EMBO meeting 2012, Single cell physiology, France (Poster):
Bonazzi, Romao, Piel Boudaoud and Minc ,“Symmetry breaking in fission yeast germination”
American Society for Cell biology 2012, Denver, USA (Poster): 
Campetelli, Bonazzi, Piel Chang and Minc, “Electrochemical regulation of budding yeast polarity”