Nous étudions dans cette thèse l'influence de la protéine VASP sur la dynamique et les propriétés mécaniques des réseaux d'actine à l'origine de la motilité cellulaire. Dans une première partie, nous utilisons un système biomimétique du mouvement constitué de billes. Incubées dans un mélange minimal de protéines soutenant la polymérisation, ces billes forment un réseau d'actine appelé " comète " les propulsant vers l'avant, semblable à celui qui sous-tend la membrane du front de migration des cellules en mouvement. Grace à des formes mutantes de VASP, nous explorons la contribution à son activité des domaines qui la composent. Dans nos conditions, nous montrons également que VASP agit au travers d'un mécanisme de coopération avec le complexe Arp2/3 qui est à l'origine de la formation des réseaux d'actine. Enfin, nous étudions les modalités de recrutement de VASP par les activateurs de la famille WASP/WAVE en mutant les sites potentiels de recrutement de VASP. Dans une seconde partie, nous nous intéressons, en collaboration avec deux équipes de recherche, au rôle de VASP dans la mécanique des réseaux d'actine. Nous caractérisons en rhéologie couplée à des observations en microcopie confocale les mécanismes moléculaires de VASP dans la réorganisation de l'architecture des réseaux d'actine, en lien avec leurs propriétés mécaniques, puis, nous étudions en AFM par nano indentation l'augmentation de rigidité des réseaux d'actine formés en présence de VASP.

Les microvillosités apicales des cellules intestinales, sont de fines expansions membranaires structurées par un réseau de filaments d'actine organisé par plusieurs protéines de liaison à l'actine. L'objectif de ce travail de thèse consiste à mieux comprendre comment ces protéines de liaison à l'actine régulent deux fonctions critiques de ces organelles : leur fonctionnalité et leur plasticité. Ttrois protéines de liaison à l'actine organisent le réseau de microfilaments soutenant les microvillosités : villine, espine et plastine 1. Nous avons montré que ces protéines ne sont pas essentielles à la formation des microvillosités. En revanche, elles assurent l'agencement d'une fine architecture d'actine qui est requise pour la rétention à la membrane des microvillosités des protéines nécessaires pour la physiologie intestinale. En plus de sa fonction structurale, la villine fragmente les filaments d'actine, suggérant un rôle central dans la dynamique du cytosquelette de la microvillosité. Celles-ci sont en effet sujettes à des réorganisations morphologiques majeures lors de stress intestinaux. Nous avons apporté les preuves définitives montrant que la villine joue un rôle critique au cours de la réparation tissulaire en participant au processus de migration cellulaire par l'initiation du désassemblage du pôle apical. Le pool d'actine microvillositaire est alors remobilisé pour assurer la formation de structures migratoires efficaces. Ces travaux de thèse documentent ainsi deux aspects importants de la biologie de la cellule épithéliale intestinale: l'établissement de la fonctionnalité du pôle apical et son remodelage dynamique permettant une réponse rapide à un stress.

Le gène CDKN1A a été initialement décrit comme une cible transcriptionnelle de la protéineoncosuppressive p53. Son produit, p21Cip1 (p21), supprime l'activité des kinases dépendantes descyclines et de la protéine PCNA, ce qui en fait un puissant inhibiteur du cycle et de la proliférationcellulaires. En outre, p21 est fréquemment inactivée dans les cancers épithéliaux. Or, la progressionde ces tumeurs est associée à l'altération de l'organisation tissulaire, au processus invasif et à ladissémination métastatique. Ces phénomènes résultent des modifications cytosquelettiquesconduisant à la transformation des propriétés d'adhésion et de migration cellulaires. Pourtant, le rôlede p21 dans la dynamique cytosquelettique des cellules épithéliales humaines n'a jamais été adressé.Nous montrons ici que p21 contribue à l'adhésion et la migration normale des cellules épithélialesmammaires non transformées. Nos résultats montrent également que l'inactivation de p21 provoquela suppression de l'adhésion focale et des fibres de stress. Ce phénotype est caractérisé parl'inactivation de la GTPase Rho et l'activation de la cofiline, facteur de dépolymérisation de l'actine. Enoutre, la suppression de p21 provoque une désacétylation des microtubules associée à unedéstabilisation microtubulaire globale. La réduction de l'instabilité dynamique, par inhibition de ladésacétylase HDAC6, restaure partiellement l'étalement cellulaire et l'adhésion focale altérés parl'inactivation de p21. L'ensemble de nos données démontre que la régulation de la dynamiquecytosquelettique par p21 est nécessaire au contrôle de l'adhésion des cellules épithéliales humainesnon tumorales.

Les cellules tumorales, comme les leucocytes, franchissent l'endothélium vasculaire au niveau des jonctions intercellulaires à l'endroit même où s'exprime la VE-cadhérine, la protéine majeure des jonctions adhérentes. Cette transmigration déstabilise transitoirement les jonctions, ce qui affecte l'intégrité de ce tissu.<br />Afin de comprendre les mécanismes sous-jacents à l'ouverture des jonctions, nous avons établi la composition protéique du complexe à base de VE-cadhérine des jonctions adhérentes matures de cellules endothéliales primaires confluentes de type HUVEC. Pour cela, nous avons couplé immunoprécipitation et analyse protéomique par spectrométrie de masse (LC-nanoESI-MS/MS). Nous avons ainsi identifié de nouveaux partenaires du complexe à base de VE-cadhérine jamais identifiés auparavant au niveau de la jonction adhérente endothéliale. Parmi ceux-ci se trouvent des protéines liant l'actine telles l'annexine 2 et la moésine.<br />Nos résultats indiquent que l'annexine 2, qui s'accumule à la membrane plasmique au niveau des radeaux de cholestérol, entre en interaction directe avec le complexe à base de VE-cadhérine. Ainsi, l'annexine 2 connecte le complexe jonctionnel à base de VE-cadhérine au cytosquelette d'actine dans les HUVEC confluentes. L'utilisation de siRNA nous a permis d'établir que l'expression de l'annexine 2 est absolument nécessaire au maintien de la VE-cadhérine à la membrane plasmique. Nos résultats suggèrent que l'annexine 2, connectée à l'actine, arrime le complexe à base de VE-cadhérine au niveau des radeaux de cholestérol. En limitant la diffusion membranaire du complexe jonctionnel, ces interactions aboutissent à une consolidation des jonctions adhérentes ce qui contribue à maintenir l'intégrité de l'endothélium vasculaire. Lorsque les HUVEC sont soumises à des molecules destabilisant les jonctions adhérentes, une délocalisation de l'annexine 2 de la membrane vers le cytosol et une perturbation de la localisation de la VE-cadhérine sont observés. Ceci suggère que le prérequis à l'ouverture des jonctions adhérentes nécessite une rupture de l'interaction existant entre le complexe à base de VE-cadhérine et l'annexine 2.<br />La moésine, quant à elle, semble interagir avec le complexe à base de VE-cadhérine dans les jonctions immatures formées entre cellules sub-confluentes. La moésine serait donc impliquée dans l'établissement des contacts intercellulaires précoces plutôt que dans la maturation des jonctions endothéliales.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de la Vie et de la Santé : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3677. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 185-215.

Les cellules des muscles striés squelettiques sont constituées d'éléments contractiles enveloppés par un réseau membranaire. La formation et l'entretien du muscle strié squelettique impliquent la migration des précurseurs myogéniques, la fusion des myoblastes en myotubes et la mise en place des triades. Ces évènements reposent sur le remodelage des membranes et du cytosquelette d'actine des cellules musculaires. Au cours de ma thèse, j'ai étudié le rôle de la protéine adaptatrice CKIP-1 (casein kinase 2 interacting protein-1) dans certaines étapes du développement du muscle strié squelettique. Après avoir identifié le complexe de nucléation de l'actine Arp (actin-related protein) 2/3 comme un nouvel interacteur de CKIP-1, nous avons montré que l'inhibition de l'expression de ckip-1 chez l'embryon de poisson zèbre altère la morphologie des myoblastes et empêche leur fusion du fait d'une désorganisation du cytosquelette d'actine. J'ai également montré que CKIP-1 n'est présente qu'au cours des étapes précoces de la myogenèse in vitro et in vivo chez la souris, puis elle est progressivement clivée. En outre, la modulation de l'expression de CKIP-1 provoque des défauts membranaires aussi bien in vitro qu'in vivo dans le muscle adulte de souris, suggérant que CKIP-1 est impliquée dans le remodelage des membranes. CKIP-1, par ses capacités à remodeler le cytosquelette d'actine et les membranes, pourrait intervenir dans plusieurs étapes de la vie du muscle : la migration, la fusion des myoblastes et la mise en place ou le maintien du réseau membranaire interne des cellules du muscle strié squelettique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 146-173. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le gène CDKN1A a été initialement décrit comme une cible transcriptionnelle de la protéineoncosuppressive p53. Son produit, p21Cip1 (p21), supprime l’activité des kinases dépendantes descyclines et de la protéine PCNA, ce qui en fait un puissant inhibiteur du cycle et de la proliférationcellulaires. En outre, p21 est fréquemment inactivée dans les cancers épithéliaux. Or, la progressionde ces tumeurs est associée à l’altération de l’organisation tissulaire, au processus invasif et à ladissémination métastatique. Ces phénomènes résultent des modifications cytosquelettiquesconduisant à la transformation des propriétés d’adhésion et de migration cellulaires. Pourtant, le rôlede p21 dans la dynamique cytosquelettique des cellules épithéliales humaines n’a jamais été adressé.Nous montrons ici que p21 contribue à l’adhésion et la migration normale des cellules épithélialesmammaires non transformées. Nos résultats montrent également que l’inactivation de p21 provoquela suppression de l’adhésion focale et des fibres de stress. Ce phénotype est caractérisé parl’inactivation de la GTPase Rho et l’activation de la cofiline, facteur de dépolymérisation de l’actine. Enoutre, la suppression de p21 provoque une désacétylation des microtubules associée à unedéstabilisation microtubulaire globale. La réduction de l’instabilité dynamique, par inhibition de ladésacétylase HDAC6, restaure partiellement l’étalement cellulaire et l’adhésion focale altérés parl’inactivation de p21. L’ensemble de nos données démontre que la régulation de la dynamiquecytosquelettique par p21 est nécessaire au contrôle de l’adhésion des cellules épithéliales humainesnon tumorales. / CDKN1A gene was initially identified as a target of the tumor suppressor p53. The ability to inhibitcyclin-dependant kinase and PCNA activities confers to its product, p21Cip1 (p21), strong antiproliferativeproperties. Moreover, p21 is frequently inactivated in epithelial cancers. Progression ofthese malignancies is also associated with disorganized tissue architecture, invasion and metastaticdissemination. These processes involve major cytoskeletal reorganization associated withtransformation of adhesion and migration properties. Still, the role of p21 in cytoskeletal dynamics innormal epithelial cell has never been addressed. Here we show that p21 contributes to normaladhesion and migration in untransformed human mammary epithelial cells (HMEC). We alsodemonstrate that p21 inactivation in HMEC suppresses focal adhesion and stress fiber assembly. p21depletion is also associated with inactivation of Rho GTPase and activation of the F-actin severingfactor cofilin. In addition, p21 silencing provokes microtubule hypoacetylation associated withincreased dynamic instability. We find that forced microtubule stabilization by HDAC6 inhibitionpartially restore cell spreading and focal adhesion in p21-depleted cells. Collectively, our data showthat regulation of cytoskeletal dynamics by p21 is required for adhesion control in untransformedhuman epithelial cells.

La capacité des cellules à sentir les propriétés physiques de leur environnement est un facteur déterminant de l'homéostasie tissulaire. Ainsi, la rigidité de la matrice extracellulaire (forces exogènes) et les tensions du cytosquelette (forces endogènes) coopèrent de manière fonctionnelle modulant les transformations phénotypiques. Les cellules perçoivent et transmettent des forces en développant des structures d'adhérences appelées adhésions focales. Ces adhésions sont composées de protéines transmembranaires, les intégrines, qui font le lien entre le cytosquelette et la matrice extracellulaire.La partie centrale de mon projet de thèse aborde la question du couplage des intégrines b1 et b3 dans la mécanotransduction. Les données actuelles plaident fortement en faveur d'une relation bidirectionnelle entre l'adhésion intégrine-dépendante et les forces mécaniques générées dans ce processus. Les approches génétiques classiques ont souligné le rôle majeur des intégrines b1 et b3 dans mécanosensibilité cellulaire, sans préciser leur contribution relative. Par exemple, la manière dont la modulation de l'expression de l'intégrine b3 affecte la génération des forces de traction cellulaires et la distribution des adhésions intégrines-dépendantes reste à être explorées. Dans ce travail de thèse nous avons montré que les intégrines b1 ont un rôle essentiel dans la génération de forces cellulaires, que les intégrines b1 sont régulées négativement par les intégrines b3 en affectant la distribution spatiale des intégrines b1 à travers leur capacité à lier à la fois la taline et la kindline. Et enfin, nous avons montré que les intégrines b3 régulent temporellement l'activité contractile de la cellule.J'ai également participé à deux autres études dans le cadre de collaborations avec le Pr. Holmgren et le Dr. Debili, au cours desquelles j'ai utilisé la microscopie à traction de forces comme un outil diagnostique afin d'observer l'effet des forces contractiles dans la formation de la lumen aortique et de la formation des plaquettes sanguines. J'ai ainsi pu confirmer que la protéine amotL2, reliant les fibres contractiles aux VE-cadhérines, est impliquée dans la force intercellulaire nécessaire à la formation de la lumen aortique. Et lors d'une deuxième collaboration, j'ai pu montrer que la contractilité des mégacaryocytes, via leur système actomyosine, est nécessaire pour la formation des proplaquettes. / Cell ability to sense mechanical properties of their microenvironment is crucial for tissue homeostasis which means their capacity to maintain mechanical integrity as they are submitted to external forces.Integrins have been highlighted as mechanotransducers able to form micro-scale structures called focal adhesion sites which mechanically link cells to the extracellular matrix by recruiting various adaptors. Both b1 and b3 integrins have been identified as the principal actors of tensional homeostasis. However as the resulting mechanotransduction processes are intrinsically dynamic, the respective and cooperative roles b1 and b3 integrins need to be addressed over time and space.In the present work, coupling time-resolved traction force microscopy and genetics approaches, we investigated the respective role of b1 and b3 integrins in active force generation at the single cell level. Our findings show that b1 integrins has an essential role in generation of cellular traction forces, b1 integrin-generated force is negatively regulated by b3 integrins which impacts the redistribution of b1 integrin containing adhesion through its ability to bind to talin and kindlin, b3 integrin supports min-scale temporal regulation of cellular contractile activity generated by b1 integrin. Finally, cell mechanical equilibrium relies on the ability of cells to maintain a fixed contractile moment.I also participated in two others studies in the framework of collaborations in which I used the traction force microscopy as a diagnostic tool to observe the effect of contractile forces in the formation of the aortic lumen and the formation of proplatelets. I was able to confirm that the protein amotL2 connecting the contractile fibers to VE-cadherin, is involved in intercellular forces necessary for the formation of the aortic lumen. And in a second collaboration, where I found by using traction force microscopy that the contractility of megakaryocytes via its actomyosin system, is necessary for the formation proplatelets.