Projet ANR-13-PDOC-0022 – DeMeTr : Décoder la mécano-transduction: coordination spatiale et temporelle des signaux mécaniques et biochimiques
Programme : Retour Postdoctorants (PDOC) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Aurélie DUPONT (Laboratoire Interdisciplinaire de Physique)
Partenaires : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique
Montant : 393874.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 42 mois
Résumé : La mécano-transduction est un processus vaste et très complexe qui permet aux cellules et aux tissus de sentir et de répondre à leur environnement physique. Grâce à un ensemble de mécanismes dynamiques, les propriétés physiques telles que la rigidité du substrat, les déformations ou les forces sont traduites en signaux biochimiques. Les différents signaux biochimiques sont ensuite intégrés par les cellules pour moduler des fonctions cruciales pour leur viabilité (motilité, adhésion, prolifération …). Des défauts de la mécano-transduction sont impliqués dans de nombreuses maladies comme la prolifération cancéreuse et les pathologies cardiaques et osseuses. Il a été montré que la transduction du signal a lieu dans les deux directions : des signaux mécaniques vers les signaux biochimiques et vice versa, le processus complet impliquant des boucles de rétroaction. Pourtant, la coordination spatio-temporelle des signaux mécaniques et biochimiques n’est pas encore clarifiée et est rarement abordée. Dans ce travail fondamental, nous aborderons la mécano-transduction d’un point de vue original : la cellule sera considérée comme un système actif et dynamique qui filtre et transforme les signaux dans les deux directions. Le but principal est de décoder la mécano-transduction, c’est-à-dire d’établir le dictionnaire dynamique entre signaux mécaniques et biochimiques.
Pour atteindre cet objectif, il est essentiel d’avoir un controle dynamique des deux signaux, mécanique et biochimique, sur la même cellule. A ma connaissance, la mesure et le contrôle spatio-temporel des contraintes mécaniques et de l’activité biochimique n’ont jamais été réalisés sur le même système expérimental. Il est donc nécessaire de développer et de combiner différentes approches expérimentales de pointes pour pouvoir tester la transduction du signal dans les deux directions sur la même cellule. En pratique, la microscopie de forces de traction active sera développée pour exercer et mesurer des forces via le substrat. Combinée à la mesure quantitative de l’activité biochimique par un rapporteur fluorescent, ce système permettra de tester la mécano-transduction depuis le signal mécanique vers la réponse biochimique. En variant les paramètres d’entrées (fréquence, amplitude …) et en mesurant la réponse, nous établirons le dictionnaire stimulus/réponse dans la première direction. Pour tester la transduction dans l’autre sens, nous développerons l’optogénétique sur ce système afin de contrôler spatialement et temporellement l’activité d’une protéine de signalisation. Ainsi, le dictionnaire stimulus/réponse sera aussi établi du signal biochimique vers la réponse mécanique. Grâce à ces résultats, nous pourrons identifier les ingrédients clés définissant les codes de la mécano-transduction et en particulier définir le rôle des caractéristiques mécaniques du milieu intracellulaire. Le rôle du cytosquelette sera abordé spécifiquement avec une technique originale de nanoimagerie permettant de visualiser des déformations de fibres de stress de l’ordre du nanomètre. Nous irons plus loin et avec l’aide de micro-patrons adhésifs imposant la morphologie cellulaire, nous testerons l’impact de la géométrie et de l’histoire de la cellule sur la réponse biochimique après une contrainte mécanique. Ainsi, nous nous attaquerons à la question de l’universalité de la mécano-transduction en regardant si la réponse est différente pour différentes géométries, et différent vécus des cellules.
En conclusion, ce travail permettra la compréhension des paramètres dynamiques qui régulent la mécano-transduction et permettra de clarifier les relations entre propriétés mécaniques et réponses cellulaires spécifiques. Nous espérons que le décodage de la mécano-transduction ouvrira la voie à de nouvelles méthodes pour interagir avec les cellules, qui pourront reposer sur des contraintes mécaniques et plus seulement sur des drogues biochimiques comme l’actuelle médication.