Recherche de l'équipe Dynamique et Mécanique des épithélia

Comment une cellule peut produire deux cellules filles avec des identités différentes est la question fondamentale que nous étudions en utilisant le système modèle de l’organe mécanosensoriel (SO) de drosophile. Les précurseurs des SO (SOP) sont des cellules épithéliales présentes dans un neuroépithélium monocouche sur le thorax dorsal de la drosophile. La SOP subit une série de quatre divisions cellulaires asymétriques au cours desquelles une cellule mère donne naissance à deux cellules filles distinctes.

A chaque division, l'acquisition de l'identité de cellule est contrôlée par l'activation différentielle de Notch. Notch est activé par Delta (Dl) présente sur la surface de la cellule adjacente. Notre travail a contribué à montrer que le tri de Notch et Dl long de l'axe de apico-basal lors de la cytocinèse est important pour l'activation correcte de Notch. Nous avons également identifié de nouveaux régulateurs de signalisation Notch dont des régulateurs du transport intracellulaire et des régulateurs de la cytocinèse des cellules épithéliales. Cela nous a conduit à proposer un modèle selon lequel Notch est activé au niveau des nouvelles jonctions d’adhérence qui s’assemblent entre les cellules SOP filles lors de la cytocinèse. Nous développons actuellement des approches de pointe en génétique, en microscopie optique et électronique et des approches de physique de la matière molle pour étudier les liens entre la mécanique de cytocinèse des cellules épithéliales et le contrôle spatio-temporel de l'activation de Notch.

Objectifs spécifiques

1 - Comment l’intégrité du tissu épithélial est-elle préservée depuis la cytocinèse jusqu’à l’abscission ?

Lorsque les cellules épithéliales se divisent, elles forment une nouvelle interface membranaire sur laquelle de nouveaux contacts adhésifs se forment, la polarité apicale-basale se  transmet de la mère à ses cellules filles, et la fonction de barrière chimique de l’épithélium doit être préservé. Parallèlement, la communication cellulaire se met en place sur cette nouvelle  interface membranaire. Comment cette série d’évènements complexes  est-elle coordonnée au cours de la cytocinèse?

Nos travaux antérieurs ont contribué à montrer que les cellules épithéliales se divisent avec et contre leurs voisines et forment une longue interface adhésive.

Cytocinèse des cellules épithéliales (Imagerie vidéo de la E-Cadherin (vert) et la PH-RFP (rouge), temps en  min:sec) - © Roland LE BORGNE / IGDR

 

Notre travail actuel, basé sur l’imagerie quantitative sur animal vivant et la Microscopie Electronique (ME), vise à étudier comment les jonctions septées sont remodelées pour préserver la fonction de barrière paracellulaire/chimique des épithéliums tout au long de la cytocinèse. Nous étudions également le rôle de la machinerie ESCRT, et des composants de jonctions septées lors de la cytocinèse des cellules épithéliales en route vers l’abscission. Ce premier objectif est une condition préalable à une analyse comparative avec la cytocinèse des SOP se divisant de façon asymétrique.

Midbody de cellules épithéliales visualisé par microscopie électronique ; section le long de l’axe apical-basal (gauche) et section transverse (droite). Les cellules voisines demeurent étroitement connectées aux cellules en mitose (droite). -  © Roland LE BORGNE / IGDR

 

2 - Interrelation entre cytocinèse des SOPs et activation de la voie Notch?

Pour répondre à la question où et quand est activé le récepteur Notch, notre travail actuel porte sur :

2.1 - La dynamique des marqueurs de polarité cellulaire et des composants Notch pendant la cytocinèse des SOPs

Des approches d’imagerie en temps réel et de ME sont utilisées pour définir comment est transmise la polarité des cellules épithéliales, quelle est la polarité et la composition de la nouvelle interface membranaire des filles des SOPs. L’édition du génome effectuée par CRISPR / Cas9 avec des sondes photoconvertible est développée dans le but de d’identifier le pool actif de Notch.

Formation de la plate-forme de signalisation Notch lors de la cytocinèse de la SOP. Notch (vert) réside temporairement à l'interface apicale formée entre les cellules filles des SOP (de temps en min: sec) - © Roland LE BORGNE / IGDR

2.2 - Les régulateurs du trafic membranaire

L’imagerie en temps réel, l’édition du génome combinés avec l’optogénétique est utilisée pour étudier les fonctions des gènes candidats (identifiés dans Le Bras et al, 2012) dans l’activation de Notch.

2.3 - AuroraA, divi​sion cellulaire asymétrique et contrôle temporel de l'activation de Notch

La kinase mitotique AuroraA (AurA) régule la division asymétrique par phosphorylation du complexe Par. Nous avons constaté que AurA phosphoryle Numb pour réguler le trafic endocytique de Notch. En adoptant une approche KO/KI pour AurA et Numb, notre travail vise à déterminer les rôles d’AurA/Numb dans les divisions symétriques versus asymétriques.

 

3 - Mécano transduction ou comment les forces mécaniques de tension impactent-elles sur l’acquisition d’identité cellulaire?

En 2013, un virage thématique vers des approches biophysiques a été effectué en collaboration avec l'équipe du Dr Yusuke Toyama (Mechanobiology Institute, Singapour) puis l'embauche d'un biophysicien, Mathieu Pinot nouvellement recruté au CNRS.

La signalisation Notch et les forces mécaniques sont intimement liées: (1) la signalisation a lieu dans les cellules épithéliales qui sont soumis à des forces de tension transmises par les jonctions adhérentes, (2) des forces de tension sont appliquées sur la nouvelle interface membranaire lors de la cytocinèse, (3 ) des forces sont associés à la déformabilité de la membrane au cours de l’endocytose du ligand Dl, (4) des forces d’étirement sont exercées sur Notch et induiraient une modification de conformation nécessaire à l'activation du récepteur  (5) et la dynamique du cytosquelette d’acto-myosine, source de forces de tension est  différente dans les SOPs par rapport aux cellules épidermiques. Par approches pluri-disciplinaire associant la génétique, la biologie cellulaire et des méthodologies de biophysique (microchirurgie laser et micro-rhéologie), nous étudions les liens mécanistiques entre forces de tension et activation de la voie Notch.

Objectifs à moyen terme

Nous objectifs actuels consistent à déchiffrer les liens entre polarité cellulaire, trafic membranaire, cycle cellulaire et mécanique cellulaire dans l'acquisition d’identité Notch-dépendante dans le modèle drosophile. Du fait de l'importance de la signalisation Notch en pathologie humaine, y compris la tumorigenèse, à moyen terme, nous souhaitons développer un système modèle d’organoides mammifère afin d’étudier l’interrelation entre la mécanique cellulaire/tissulaire et la signalisation Notch dans un  système modèle normal ou pathologique.

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