Production de forces par le cytosquelette d'actine : mécanismes et régulation par le micro-environnement

Les travaux presentes se sont interesses a la regulation des forces produites par le cytosquelette d'actine. Le role primordial joue par le microenvironnement a ete au centre de nos investigations. L'etude de ces phenomenes a necessite le developpement de techniques innovantes. La premiere permet le controle en temps reel de la forme de la cellule. Elle utilise un laser UV pulse pour modifier le microenvironnement adhesif de la cellule et controler les zones disponibles pour son etalement. La seconde est une amelioration d'une technique existante au sein du laboratoire. Il s'agit de produire des ilots de proteines d'adhesions, de forme controlee, sur un substrat deformable d'acrylamide. Ces supports permettent le controle de la taille de la cellule et de son organisation interne. En outre, l'elasticite de l'acrylamide permet la mesure des forces generees par la cellule. La derniere technique a combine le patterning sur acrylamide avec l'ablation laser. Les forces produites au sein d'une structure particuliere du cytosquelette ont ainsi pu etre estimees. Deux grands mecanismes de regulation des forces ont pu etre mis en evidence. L'utilisation de techniques de spectrometrie de masse, de mesure de forces et de biologie moleculaire a permis de mettre en evidence la cooperation entre les differents types d'integrines au niveau de l'adhesion cellulaire. Cette cooperation permet un couplage entre l'architecture du cytosquelette et la quantite de moteurs moleculaires mettant en tension ces structures. Ces mecanismes sont primordiaux pour l'adaptation de la cellule a la rigidite de son environnement. Ce sont les structures d'actine qui produisent les forces qui seront transmises au niveau des adhesions. La correlation entre la taille de ces structures et les forces generees est encore mal caracterisee. La relation entre taille des fibres de stress et repartition des forces au sein de la cellule a pu etre etudiee et suggere que la force produite par une fibre de stress augmente avec sa longueur. Une etude systematique de la contractilite des cellules, sur des patterns de differentes tailles, a permis de montrer la relation entre la taille des fibres de stress et la force generee. Une relation biphasique a ainsi ete mise en evidence. Quand la taille de la cellule augmente, la force generee au sein des fibres de stress commence par augmenter avant de diminuer au dela d'une longueur critique. Cette longueur correspond egalement a la taille maximale observee sur des cellules libres de s'etaler sans contraintes. Les resultats obtenus suggerent que cette chute de force est liee a une augmentation excessive du ratio myosine/actine qui ne permet plus une production de force efficace. Le mecanisme pourrait faire intervenir le desassemblage des structures d'actine par la myosine ou la quantite insuffisante d'actine pour permettre un travail efficace des moteurs moleculaires. La rencontre de ces deux mecanismes permet de definir le champ des possibles pour la cellule en terme de contractilite. Le mecanisme de chute de forces observe n'a pas pu etre explique a ce jour mais nous travaillons activement pour qu'il le soit dans les mois a venir. Ce phenomene aura sans doute un grand role a jouer dans l'integrite mecanique des tissus et les phenomenes de migration. La chute de force au dela de la longueur critique permet en effet de destabiliser les adhesions et pourrait etre a l'origine de la retraction de la cellule dans la migration ou du detachement d'une cellule de ces voisines dans le cas d'un tissu sous forte contraintes. Ce detachement protegerait ainsi la cellule d'un dechirement sous l'effet de forces trop importantes.