Interactions réciproques cellule-cellule et cellule-substrat

MSC
Matière et Systèmes Complexes
UMR 7057 associée au CNRS et à l'Université Paris 7
Prof. François GALLET
Matière et Systèmes Complexes
Batiment Condorcet - Case 7056
Université Paris-Diderot (Paris 7)
10 rue Alice Domon et Léonie Duquet
F-75205 Paris cedex 13
Tel : (+33) 1 57 27 62 14
Fax : (+33) 1 57 27 62 11
email : francois.gallet@univ-paris-diderot.fr
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Directeur de thèse : François GALLET
Téléphone : 01 57 27 62 14
Email : francois.gallet@univ-paris-diderot.fr
Proposition de sujet de thèse
Titre de la thèse :
INTERACTIONS ENTRE CONTACTS CELLULE-CELLULE ET CELLULE-SUBSTRAT
Thème scientifique prioritaire : 2d
Résumé :
Dans un tissu biologique, une cellule construit plusieurs types de contacts, d'une part avec la
matrice extracellulaire (adhésions focales), et d'autre part avec les cellules voisines (jonctions
adhérentes). Ces structures sont des assemblages complexes de protéines, qui relient le milieu
extracellulaire au cytosquelette d'actine, et impliquent en particulier des protéines transmembranaires
(cadhérines ou intégrines selon le type de contact). Ces contacts jouent le rôle de capteurs
mécanosensibles, en transmettant notamment les contraintes mécaniques de l'extérieur vers l'intérieur de
la cellule et réciproquement. Par exemple, on observe que ces contacts sont plus développés lorsque
l'environnement est plus rigide, et qu'ils se renforcent sous l'action d'une contrainte mécanique extérieure.
Une question clef est de comprendre comment les contacts adhésifs cellule-cellule et cellule-matrice sont
couplés, et communiquent entre eux de façon à moduler l'état adhésif et les propriétés mécaniques de
cellules normales ou pathologiques.
L'objectif de la thèse est d'étudier les mécanismes responsables de la croissance ou, au contraire,
de la dissociation des contacts intercellulaires supportés par les cadhérines. La présence ou l'absence de
contacts d'une autre nature (cellule-matrice) est susceptible de modifier cette dynamique. On s'intéressera
donc aux modifications de la structure et aux variations de la rigidité des contacts intercellulaires,
induites par la modulation contrôlée du nombre et de la distribution spatiale de contacts adhésifs cellulematrice.

Pour cela on utilisera conjointement des techniques de micromécanique et de visualisation, pour
sonder la rigidité des contacts intercellulaires et pour observer directement leur structure et leur
réorganisation sous contrainte. Notre laboratoire a développé plusieurs techniques de micromécanique
quantitative, notamment des pinces optiques, qui permettent d'appliquer de façon contrôlée une
contrainte locale sur un contact de type cadhérine, en utilisant une bille recouverte de ligands spécifiques
(fragments cadhérines correspondant). On mesurera les coefficients viscoélastiques associés aux contacts
formés, tout en observant par microscopie de fluorescence leur structure et leur développement. On
modulera l'adhérence cellulaire sur la matrice extracellulaire en utilisant des motifs micro-imprimés, qui
contraignent la cellule à adhérer sur une surface d'aire et de géométrie contrôlées. On étudiera d'autre part
l'influence de la durée et de l'amplitude de la contrainte appliquée sur la dynamique et la structure de ces
contacts.
cadhérine
pince optique
motif adhésif
simulant la matrice
extracellulaire
intégrine
F
A gauche : Schéma de l'expérience permettant de quantifier les interactions réciproques entre contacts
de type cellule-cellule (en jaune) et de type cellule-matrice (en bleu). A droite : exemple de motifs
d'adhérence micro-imprimés à la fibronectine fluorescente : carrés de 50µm de côté)
Le modèle biologique choisi est la lignée de cellules S180, modifiée pour exprimer différents
récepteurs adhésifs (cadhérines, intégrines) de manière contrôlée. Elles peuvent exprimer des cadhérines
mutantes, des protéines des complexes adhésifs marquées pour la visualisation, ou des formes actives et
inactives d'agents régulateurs de la dynamique du cytosquelette et des contacts (Rho, Rac, cdc42,
ARP2/3, formine, cortactine ...etc).
On étudiera systématiquement la structure et les propriétés des contacts bille-cellule en fonction
de l'aire de contact cellule-matrice et de la densité de ligand, en cherchant à mettre en évidence les
interactions réciproques entre les deux types de contacts. On pourra jouer également sur la répartition
spatiale des contacts, afin de mimer les paramètres géométriques qui peuvent réguler la morphogénèse ou
la réparation des tissus.
Ce sujet s'adresse préférentiellement à un(e) étudiant(e) physicien(ne) ou biophysicien(ne), et
motivé(e) pour un travail se situant à l'interface physique-biologie. Il fait partie d'un projet soutenu par
l'ANR Physique et Chimie du Vivant, qui se déroule en collaboration avec une équipe du laboratoire
Compartimentation et Dynamique Cellulaires de l'Institut Curie.
Références
- Balland M., Desprat N., Icard D., Fereol S., Asnacios A, Browaeys J., Hénon S., and Gallet F. "Power
laws in microrheology experiments on living cells : comparative analysis and modelling". Phys. Rev. E,
74, 021911-1, 021911-17 (2006)
- D. Icard–Arcizet, et al.. Cell stiffening in response to external stress is correlated to actin recruitment.
Biophys. J., 94, 2906–2913 (2008)
- Allioux-Guérin M, et al. "Spatio-temporal analysis of cell response to a rigidity gradient: a quantitative
study by multiple optical tweezers" Biophys J. 96, 238 - 247 (2009)