Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La migration des cellules endothéliales est une étape nécessaire à l'angiogenèse. Le facteur pro-angiogénique VEGF {vascular endothelial growth factor) induit la réorganisation du cytosquelette d'actine en fibres de tension et la migration cellulaire en activant la stress-activated protein kinase-2 (SAPK2/p38 : p38) via le VEGFR-2 (vascular endothelial growth factor receptor-2). Cette étude vise à identifier puis à caractériser les fonctions des cibles de p38 dans les cellules endothéliales activées par le VEGF. Suite à une électrophorèse bi-dimensionnelle et à une analyse par spectrométrie de masse, nous avons isolé l'annexine 1 (ANXA1) comme une protéine dont la phosphorylation est induite par le VEGF et est diminuée en inhibant p38. L'ANXAl a d'abord été caractérisée comme une protéine qui module l'action anti-inflammatoire des glucocorticoïdes en inhibant la phospholipase A2. En outre, plusieurs études indiquent que l'ANXAl joue un rôle dans la prolifération et la différenciation cellulaires et qu'elle interagit avec des protéines du cytosquelette comme la tubuline et l'actine. Après avoir identifié l'ANXAl en aval de p38 nous avons caractérisé ses fonctions ainsi que la kinase responsable de sa phosphorylation. En utilisant des essais de phosphorylation in vitro et in vivo, nous avons montré que la MAPKAP kinase-2 activée par le VEGF régule la phosphorylation de l'ANXAl en aval de p38. Dans les cellules non stimulées, l'annexine 1 est prédominante dans le noyau, tandis que lorsque les cellules endothéliales sont stimulées au VEGF, elle se déplace du noyau vers le cytoplasme où elle co-localise avec l'actine F dans les lamellipodes. L'inhibition de la translocation par le SB203580 et la leptomycine B suggère qu'elle nécessite une phosphorylation et le système cargo CRM1. De plus, la migration cellulaire est inhibée à la suite du knockdown de l'ANXAl par l'utilisation d'un ARNi ciblant l'ARNm de la protéine. En outre, la migration cellulaire et la tubulogenèse initiées par le VEGF sont inhibées à la suite du knockdown de l'ANXAl. En conclusion, nos résultats suggèrent que la phosphorylation de l'ANXAl régule l'effet angiogénique associé à l'activation de la voie de signalisation p38/MAPKAP kinase-2 par le VEGF.

La protéine E4orf4 de l'adénovirus de type 2 induit un mécanisme de mort cellulaire alternatif indépendant des caspases et qui résiste à l'oncogène Bcl-2. E4orf4 constitue donc un outil moléculaire puissant pour étudier de nouveaux effecteurs impliqués dans la mort cellulaire. À mon arrivée dans le laboratoire, il avait été démontré qu'E4orf4 usurpait l'activité des tyrosine kinases de la famille Src afin de réorganiser le cytosquelette d'actine et que ce processus était corrélé avec son activité cytotoxique. Par contre, la nature des modifications de la dynamique de l'actine ainsi que le mécanisme moléculaire impliqué étaient inconnus. L'hypothèse à la base de mes travaux est qu'E4orf4 désorganise le réseau d'actine en manipulant l'activité des Rho GTPases et que le débalancement de la dynamique de l'actine qui en résulte engage la cellule dans un programme de mort cellulaire alternatif. Mes travaux indiquent qu'E4orf4 active le sentier Src-RhoA-ROCK, ce qui stimule la contractilité cellulaire en activant la myosine II. L'activité de cette dernière est essentielle, car son inhibition bloque le programme de mort cellulaire induit par E4orf4. Par conséquent, mes travaux ont contribué à établir un lien fonctionnel entre la dynamique de l'actine et la mort cellulaire. De plus, mes résultats indiquent que la stimulation du sentier Src-RhoA -ROCK par E4orf4 contribue à activer la MAP kinase JNK qui est nécessaire pour phosphoryler la sérine 178 de paxilline. Mes résultats montrent que la phosphorylation de cette sérine de paxilline diminue sa mobilité, contribuant ainsi à stabiliser les plaques d'adhérence en aval d'E4orf4. En outre, la phosphorylation de la sérine 178 de paxilline est essentielle à l'activité cytotoxique d'E4orf4, car son iphibition interfère avec la réorganisaton du cytosquelette d'actine et la condensation nucléaire induites par E4orf4. Ainsi, mes travaux suggèrent que JNK coopère avec la myosine II pour perturber la dynamique de l'adhérence et de l'actine en aval d'E4orf4. En conséquence, je propose qu'E4orf4 induit l'axe de signalisation Src-RhoA-ROCK pour générer un stress mécanique via la coordination des dynamiques de l'adhérence et de l'actine qui culmine par la mort programmée de la cellule.

Les structures d'acto-myosine sont impliquées dans de nombreuses fonctions cellulaires. Comprendre leur organisation et leur comportement collectif est toujours difficile. Nous avons étudié l'anneau cytokinétique dans les cellules de mammifères et dans les levures de fission, en orientant les cellules dans les microcavités, ce qui permet de voir l'anneau dans un seul plan focal. Avec cette configuration, nous révélons de nouvelles structures et des dynamiques distinctes pour les deux systèmes cellulaires. Dans les cellules de mammifères, nous trouvons des motifs réguliers de la myosine et la formine. Les caractéristiques de ces motifs sont stables tout au long de sa fermeture et leur apparition coïncide avec la constriction. Nous proposons que ce phénomène est une propriété inhérente du réseau d'acto-myosine et que la formation de ces motifs entraîne une augmentation du stress. Ces hypothèses sont confirmées par notre modèle en champ moyen. Par contraste, l'anneau de levure de fission montre des inhomogénéités tournantes de l'actine, de la myosine, des protéines de la construction de la paroi (Bgs) et d'autres protéines. La dynamique des inhomogénéités de myosine est inchangée, si la croissance de la paroi est inhibée. Cependant, l'inhibition du mouvement des inhomogénéités conduit à l'arrêt de la fermeture. Nous proposons que la fermeture de l'anneau est entraînée par la rotation de l'actine et de la myosine qui tirent des protéines Bgs, lesquelles construisent ainsi le septum. Cette hypothèse est confirmée par nos calculs et par des simulations numériques. Nous suggérons que la transition entre les états de différents ordres et dynamiques pourrait être une façon de réguler in vivo les systèmes d'acto-myosine. / Actomyosin structures are involved in many cell functions. Understanding their organization and collective behavior is still challenging. We study the cytokinetic ring in mammalian cells and in fission yeasts, by orienting cells in microcavities. This allows seeing the ring in a single plane of focus. With this setup, we reveal new structures and distinct dynamics for both cellular systems. In mammalian cells we find a pattern of regular clusters of myosin and formin. The characteristics of this pattern are stable throughout closure and its formation coincides with the onset of constriction. We propose that its characteristic is an inherent property of the actomyosin network and that its formation leads to an increase in stress generation. These hypotheses are supported by our theoretical mean field model. In contrast, fission yeast rings show rotating inhomogeneities (speckles), i.e. rotations of actin, myosin, cell wall building proteins (Bgs) and other proteins. Myosin speckles dynamic is unchanged, if wall growth is inhibited. However, the inhibition of speckle motion leads to stalled closure. We propose that the ring closure is driven by the rotation of actin and myosin, which pull Bgs thereby building the septum. This model is supported by our calculations and by numerical simulations. We suggest that the transition between states of different orders and dynamics might be a way to regulate actomyosin systems in vivo.

Une cellule se divise en deux par le processus de cytokinèse. Elle requiert la coordination de plusieurs composants pour éviter la formation des cellules potentiellement cancéreuses. Premièrement, un anneau contractile (AC) dépendant de l’actine et de Rho-GTP diminue le diamètre de la cellule jusqu’à la formation d’une structure plus stable indépendante de l’actine, l’anneau du midbody (AM) qui guide l’éventuelle séparation des cellules sœurs. Diaphanous (Dia) est une formine dépendante de Rho responsable de l’agencement des filaments d’actine non ramifiés qui se localise à l’AC et est essentielle à la cytokinèse. Nous avons étudié le rôle de Dia pendant la cytokinèse par microscopie de haute résolution en temps réel pour suivre le comportement dynamique des protéines fluorescentes (PF) dans des cellules de Drosophile S2. Une construction fonctionnelle de Dia-PF est recrutée à l’AC et l’AM indépendamment de l’actine mais est absente dans l’AM mature. Dia quitte l’AM au même temps où l’AM dévient indépendant d’actine. La déplétion de Dia par ARN interférant ralentit la constriction de l’AC, augmente les oscillations et, dans 70% des cas, les cellules échouent la cytokinèse pendant la constriction, suggérant que Dia a un rôle dans l’organisation de l’AC. LifeAct-PF, une sonde pour F-actine, dévoile une diminution des filaments d’actine spécifique à l’AC des cellules dépourvues de Dia pendant que Anilline-PF et Myosine-PF sont recrutées en puncta. Ces résultats soutiennent un modèle où Dia nuclée des filaments d’actine qui permettent l’organisation dynamique de l’AC et la perte de Dia régule la transition à l’AM stable indépendant d’actine. / Cytokinesis is the intricate process by which eukaryotic cells divide in two. It involves the coordination of many components in order to avoid the formation potentially cancerous cells. Initially, a Rho GTPase- and actomyosin-dependent contractile ring (CR) drives constriction at the cell equator until a stable actin-independent midbody ring (MR) forms and ultimately guides the separation of the two sister cells. Diaphanous (Dia), is a Rho-dependent formin that nucleates unbranched actin filaments, localises to the cleavage furrow and is required for cytokinesis. We have examined the role of Dia during cytokinesis by time lapse video microscopy of Drosophila S2 cells expressing markers tagged with fluorescent proteins (FPs). A functional Dia-FP was recruited to the CR independently of actin and stayed in the nascent MR, but was absent from the mature MR. The timing of its disappearance coincided with the transition of the MR to an actin-independent structure. RNAi-mediated depletion of Dia slowed furrow ingression, enhanced furrow oscillations and, in 70% of the failures, prevented furrow completion, consistent with a role for Dia in CR organization. The F-actin probe, LifeAct-FP, revealed a decrease in F-actin in Dia-depleted cells specifically at the CR while Anillin-FP and Myosin-FP were aberrantly recruited in punctate structures. Our findings are consistent with a model in which Dia nucleates actin filaments at the CR to maintain the dynamic organization of the actin-dependent CR and that the regulated loss of Dia from the nascent MR guides the formation of the stable, actin-independent MR.

Les contacts cellulaires sont formés par l'association et la clusterisation des molécules d'adhésion, qui agissent comme des unités d'organisation et de signalisation, garantissant la cohérence et la plasticité des tissus. Bien que les détails moléculaires des complexes d'adhésion soient bien caractérisés, la façon dont ces unités d'adhérence supramoléculaires sont organisés et régulées dans les conditions physiologiques est méconnue. Nous avons développé et appliqué la microscopie super-résolue et une analyse quantitative pour caractériser l'organisation nanométrique de la E-cadhérine dans le tissu épithélial de l'embryon de drosophile. Les molécules individuelles de la E-cadhérine sont localisées en 3D avec une précision de 30 et 100 nm dans des directions latérale et axiale, respectivement. Nous avons constaté que la E-cadhérine existe soit sous forme de monomères ou d'oligomères, contenant jusqu'à une centaine de molécules. La distribution de taille des clusters suit une loi de puissance (sans taille caractéristique). L'analyse de la répartition de clusters à différentes étapes de la morphogénèse indique que l'état d'agrégation est dicté par la concentration de la E-cadhérine aux jonctions. Pour tenter de déterminer comment la clusterisation de la E-cadhérine est régulée, nous avons perturbé l'endocytose et l'ancrage de la E-cadhérine à l'actine, et analysé l'état de clusterisation. / Cell-cell contacts form through binding and clustering of adhesion molecules, which act as organizational and signaling units and ensure coherence and plasticity of tissues. While the molecular details of adhesion complexes are well characterized, little is known about how these supramolecular adhesion units are organized and regulated in physiological conditions. We developed and applied superresolution microscopy and quantitative analysis to characterize the nanoscale organization of E-cadherin clusters in the early epithelial tissue of Drosophilaembryos. E-cadherin molecules at adherens junctions were localized in 3D with precision of 30 and 100 nm in lateral and axial directions, respectively. We found that E-cadherin exists either as monomers or oligomeric clusters, containing up to one hundred molecules. The cluster size distribution follows a power law - referred as scale free with no characteristic size. Analysis of clustering distribution at different stages of tissue morphogenesis indicates that the state of aggregation is dictated by the junctional concentration of E-cadherin. In an attempt to determine how E-cadherin clustering might be regulated, we perturbed endocytosis and anchoring of E-cadherin to actin, and analyzed the state of E-cadherin clustering. While blocking dynamin-dependent endocytic pathways yields increases of junctional E-cadherin concentration and promotes macroscopic aggregates, RNAi knockdown of α-catenin and Par-3 reduces E-cadherin concentration and changes significantly the organization of E-cadherin.

Les épithéliums jouent le rôle fondamental de barrière physique et chimique chez les Métazoaires. Les jonctions adhérentes, par le biais de la protéine transmembranaire E-cadhérine (E-cad), assurent une grande partie de l’adhésion intercellulaire. Malgré cette robustesse, les épithéliums peuvent subir des remodelages considérables pendant l’embryogenèse ou la cicatrisation. Lors de la gastrulation de l’embryon de Drosophile, l’épithélium ventro-latéral (la bandelette germinale) subit une élongation le long de l’axe antéropostérieur induite par l’intercalation cellulaire. Le remodelage polarisé des jonctions cellulaires est à la base de ce phénomène: les jonctions parallèles à l’axe dorsoventral (DV) rétrécissent et forment de manière irréversible de nouvelles jonctions parallèles à l’axe antéropostérieur (AP). Ce remodelage dépend de l’enrichissement du moteur moléculaire Myosine II (MyoII) dans les jonctions DV, qui induit une anisotropie de tension. Les protéines des jonctions adhérentes (E-cad, β-catenin) sont, elles aussi, polarisées : elles sont enrichies dans les jonctions AP. Néanmoins, nous ne savions pas si cette polarité de l’adhésion avait un rôle dans le remodelage des jonctions, et nous ne connaissions pas les mécanismes contrôlant cette localisation asymétrique. L’un des mécanismes les mieux connus de la modulation de l’adhésion cellulaire est l’endocytose des protéines d’adhésion. A ce titre, je me suis intéressé au rôle de l’endocytose Clathrine dépendante (ECD) pendant l’intercalation cellulaire. J’ai ainsi pu montrer que l’ECD de E-cad est régulée à la hausse dans la bandelette germinale au niveau jonctionnelle, plus particulièrement au niveau des jonctions DV (qui rétrécissent). L’ECD d’E-cad est nécessaire à l’intercalation et à la distribution polarisée d’E-cad. Elle est régulée par l’organisation de l’actine: la formine Diaphanous ainsi que le moteur moléculaire Myosine II accélèrent le recrutement de la machinerie d’endocytose (AP2 et Clathrine) et régulent la polarité de l’ECD dans l’embryon. Elles sont contrôlées par RhoGEF2, qui est enrichie dans les jonctions DV, et induisent l’endocytose par un mécanisme de clustering latéral d’E-cad. Dans la seconde partie de ma thèse, je me suis intéressé au couplage entre E-cad et la dynamique de MyoII. En effet, l’intercalation dépend aussi de flux contractiles de MyoII qui ont lieu préférentiellement en direction des jonctions DV. J’ai ainsi pu montrer que la direction des flux est induite par les anisotropies de forces d’ancrage de MyoII. Les faibles niveaux d’E-cad et le fort taux d’endocytose dans les jonctions DV augmentent la probabilité de générer une anisotropie d’ancrage et induisent davantage de flux de MyoII vers les jonctions DV. Ce projet met en lumière le rôle fondamental du couplage entre E-cad et MyoII dans la régulation de la morphogenèse. / Epithelia build up strong mechanical and chemichal barriers in Metazoans. Adherens junctions, through the adhesion provided by the transmembrane protein E-cadherin (E-cad), are essential for the mechanical integrity of the tissue. Yet, epithelia can be dramatically remodeled during embryogenesis or wound healing. During gastrulation of Drosophila embryo, the ventrolateral epithelium (the germ band) undergoes a massive elongation along the anteroposterior (AP) axis, driven by cell-cell intercalation. This is based on the polarized remodeling of intercellular junctions whereby junctions parallel to the dorsoventral axis (DV) shrink and form new junctions along AP axis. This remodeling is mediated by the planar polarized enrichment of Myosin II (MyoII) in DV junctions, which generates high tension. Adhesion proteins are also planar polarized, E-cad is enriched in AP junctions, but we did not know if this polarity contributed to cell-cell intercalation and the mechanism driving this polarity. As such, I have studied the role of Clathrin mediated endocytosis (CME) during germ band extension. I have shown that E-cad CME is specifically upregulated at the junction plane in the germ band, and planar polarized (enriched in DV shrinking junctions). It is required for cell-cell intercalation and the planar polarized distribution of E-cad. E-cad CME is regulated by the concerted action of the Formin Diaphanous and Myosin-II, which accelerates CME through the lateral clustering of E-cad. They are controlled by RhoGEF2, which is also enriched in DV junctions. In the second part of my PhD, I have studied the coupling between E-cad and MyoII dynamics. Indeed, planar polarized contractile flows of MyoII are required for DV junction shrinkage, but we did not know the mechanism driving the polarity of these flows. I have shown that the transient anisotropy of anchoring forces between two facing junctions triggers flow. As such, the low steady state amount of E-cad and the high rate of CME in DV junctions trigger more anisotropy and polarize the flow. These results outline the strong crossregulation between E-cad and MyoII and their concerted action in morphogenesis.

Mon travail fut de développer différents projets en vue de mieux comprendre la dynamique et l'organisation des réseaux d'actine et les mécanismes moléculaires à l'origine de la production de force, cela en systèmes reconstitués bio-mimétiques. Dans un premier temps je me suis intéressée à l'étude de l'organisation spatio-temporelle des réseaux d'actine et de ses protéines associées durant la motilité de particules recouverte de promoteurs de nucléation (Achard et al, Current Biology, 2010 et Reymann et al, sous presse à MBOC). J'ai suivi en temps réel l'incorporation de deux régulateurs de l'actine (capping protein et ADF/cofiline) et montré que leur contrôle biochimique sur l'actine gouverne également ces propriétés mécaniques. Afin de mieux caractériser les propriétés mécaniques de ces réseaux d'actine en expension, j'ai ensuite développé un système biomimétique novateur utilisant un set-up de micro-patterning permettant un contrôle spatial reproductible des sites de nucléation d'actine. Cela m'a permis de montrer comment des barrières géométriques, semblables à celles trouvées dans les cellules, peuvent influencer la formation dynamique de réseaux organisés d'actine et ainsi contrôler la localisation de la production de forces. (Reymann et al, Nature Materials, 2010). De plus l'addition de moteurs moléculaires sur ce système versatile nous a permis d'étudier la contraction induite par des myosines. En particulier les myosines VI-HMM interagissent de manière sélective sur différentes architectures d'actine (organisation parallèle ou antiparallèle, réseau enchevêtré), aboutissant à un processus en trois phase : tension puis déformation des réseaux d'actine fortement couplé à un désassemblage massif des filaments. Ce phénomène est intimement dépendant de l'architecture du réseau d'actine et pourrait donc jouer un rôle essentiel dans la régulation spatiale des zones d'expansion et de contraction du cytosquelette in vivo. (Travail en cours d'écriture). / I have developed different projects in order to tackle the problem of actin network dynamics and organization as well as the molecular mechanism at the origin of force production in biomimetic reconstituted systems. My first interest concerned the spatiotemporal organization of actin networks and actin-binding proteins during actin based motility of nucleation promoting factor-coated particles (Achard et al, Current Biology, 2010 and Reymann et al, in press at MBOC). I tracked in real time the incorporation of two actin regulators and showed that their biochemical control of actin dynamics also governs its mechanical properties. To further characterize mechanical properties of expanding actin networks, I used an innovative micro-patterning set-up allowing a reproducible spatial control of actin nucleation sites. It allowed me to show that geometrical boundaries, such as those encountered in cells, affect the dynamic formation of highly ordered actin structures and hence control the location of force production (Reymann et al, Nature Materials, 2010). Finally the addition of molecular motors on this tunable system allowed me to study implications for myosin-induced contractility. In particular, HMM-MyosinVI selectively interact with the different actin network architectures (parallel, anti-parallel organization or entangled networks) and leads to a selective three-phase process of tension, deformation of actin networks tightly coupled to massive filament disassembly. This phenomenon being highly dependent on actin network architecture could therefore play an essential role in the spatial regulation of expanding and contracting regions of actin cytoskeleton in cells. (Work in writing process).

Le complexe Scar/WAVE génère la formation des lamellipodes par l'intermédiaire du complexe Arp2/3 responsable de la polymérisation de réseaux d'actine branchés. Dans le but d'identifier de nouveaux régulateurs du complexe Scar/WAVE, nous avons conduit un crible en cellules de Drosophiles combinant une approche protéomique à une approche de génomique fonctionnelle. La chaîne lourde de la clathrine a été identifiée au cours de ce crible comme une protéine interagissant avec le complexe Scar/WAVE et dont la déplétion affecte la formation des lamellipodes. Ce rôle de la clathrine dans la formation des lamellipodes peut être découplé de son rôle classique dans le transport vésiculaire en utilisant différentes approches. De plus, la clathrine est localisée au lamellipode en l'absence d'adapteurs et des protéines accessoires de l'endocytose. La surexpression de la clathrine affecte le recrutement membranaire du complexe WAVE réduisant ainsi la vélocité des protrusions membranaire et la migration cellulaire. Par opposition, lorsque la clathrine est envoyée artificiellement à la membrane plasmique par une fusion à une séquence myristoylée, on observe une augmentation du recrutement membranaire du complexe Scar/WAVE, de la vélocité des protrusions membranaires et de la migration cellulaire. L'ensemble de ces résultats montrent que la clathrine envoie le complexe Scar/WAVE à la membrane plasmique et donc contrôle la formation des lamellipodes en plus de son rôle plus classique dans le traffic membranaire. / The Scar/Wave complex (SWC) generates lamellipodia through Arp2/3-dependent polymerization of branched actin networks. In order to identify new SWC regulators, we conducted a screen in Drosophila cells combining proteomics with functional genomics. This screen identified Clathrin Heavy Chain (CHC) as a protein that binds to the SWC and whose depletion affects lamellipodium formation. This role of CHC in lamellipodium formation can be uncoupled from its role in membrane traffic by several experimental approaches. Furthermore, CHC is detected in lamellipodia in the absence of the adaptor and accessory proteins of endocytosis. We found that CHC overexpression decreased membrane recruitment of the SWC, resulting in reduced velocity of protrusions and reduced cell migration. In contrast, when CHC was targeted to the membrane by fusion to a myristoylation sequence, we observed an increase in membrane recruitment of the SWC, in protrusion velocity and in cell migration. Together these data suggest that CHC brings the SWC to the plasma membrane, thereby controlling lamellipodium formation, in addition to its classical role in membrane traffic.

Dans les organes lymphoïdes secondaires, les lymphocytes B acquièrent des antigènes immobilisés à la surface de cellules voisines. L’engagement du BCR (récepteur des cellules B) avec de tels antigènes induit la formation d’une synapse immunologique et la polarisation des lymphocytes B. Cette polarisation inclut le repositionnement du centrosome à la synapse immunologique ainsi que le recrutement et la sécrétion locale des lysosomes qui sont nécessaires à l’extraction, l’apprêtement et la présentation des antigènes sur les molécules du complexe majeur d’histocomptabilité de classe II (CMH-II) aux lymphocytes T CD4+ pré-activés. Des travaux précurseurs menés dans le laboratoire ont permis de mettre en évidence les premiers acteurs moléculaires impliqués dans ce processus. Cependant, le mécanisme précis gouvernant la polarisation du centrosome demeure encore aujourd’hui inconnu. Le travail réalisé pendant cette thèse avait pour objectif d’identifier de nouveaux régulateurs contrôlant la polarisation du centrosome dans les lymphocytes B après engagement du BCR avec des antigènes immobilisés. De plus, au regard du rôle grandissant joué par le microenvironnement tissulaire dans l’activation des lymphocytes B ainsi que dans la modulation de leurs fonctions, nous avons étudié l’effet de la protéine extracellulaire Galectine-8 sur la régulation de la capacité des lymphocytes B à se polariser et à extraire et présenter des antigènes immobilisés. Le travail présenté dans ce manuscrit montre que la présence du complexe Arp2/3 au centrosome des lymphocytes B non activés permet la nucléation locale de filaments d’actine qui permettent, grâce à leur interaction avec le complexe LINC, de lier le centrosome au noyau. L’activation des lymphocytes B induit la déplétion partielle du complexe Arp2/3 du centrosome qui est recruté à la synapse immunologique par la protéine HS1. Ceci induit une diminution de la nucléation d’actine au centrosome entraînant la séparation entre le centrosome et le noyau et permettant la polarisation du centrosome vers la synapse. De plus, nous montrons que la présence de la protéine Galectine-8 dans le milieu extracellulaire favorise le recrutement et la sécrétion des lysosomes à la synapse immunologique, conférant aux lymphocytes B une meilleure capacité à extraire et présenter des antigènes immobilisés. Nos résultats mettent en évidence des mécanismes inattendus régulant la polarisation des lymphocytes B en réponse à une stimulation antigénique et soulèvent des questions intéressantes concernant la régulation coordonnée de ces mécanismes qui confèrent aux lymphocytes B la capacité d’extraire, d’apprêter et de présenter des antigènes immobilisés efficacement. / In secondary lymphoid organs, B cells acquire antigens that are tethered at the surface of neighboring cells. Engagement of the B cell receptor (BCR) with such immobilized antigens leads to the formation of an immune synapse and the subsequent polarization of B cells. This includes the repositioning of the centrosome towards the immune synapse as well as the recruitment and local secretion of lysosomes required for efficient antigen extraction, processing and presentation onto class II major histocompatibility complex (MHC-II) molecules to primed CD4+ T cells. Pioneer work performed in the lab has highlighted the first molecular players involved in this process. However, the precise mechanism governing centrosome polarization remains to be fully elucidated. The work performed during this thesis aimed at identifying new regulators supporting centrosome polarization in B lymphocytes upon BCR engagement with immobilized antigens. In addition, in view of the emerging role played by the tissue microenvironment in shaping B cell activation and functions we investigated whether extracellular Galectin-8 modulates the ability of B cells to polarize, extract and present immobilized antigens. We show here that, in resting lymphocytes, centrosome-associated Arp2/3 (actin related protein-2/3) locally nucleates F-actin, which is needed for centrosome tethering to the nucleus via the LINC (linker of nucleoskeleton and cytoskeleton) complex. Upon lymphocyte activation, Arp2/3 is partially depleted from the centrosome as a result of its HS1-dependent recruitment to the immune synapse. This leads to a reduction in F-actin nucleation at the centrosome and thereby allows its detachment from the nucleus and polarization to the synapse. In addition, we show that extracellular Galectin-8 favors lysosome recruitment and secretion at the immune synapse, hence providing B cells with an enhanced capacity to extract and present immobilized antigens. Our findings highlight unexpected mechanisms that tune B cell polarity in response to antigenic stimulation and raise exciting questions concerning the coordinated regulation of these mechanisms to provide B cells with the capacity to efficiently extract, process and present surface-tethered antigens.

La formation des métastases est un processus en plusieurs étapes à travers lequel les cellules néoplasiques se détachent de la tumeur primaire pour constituer des tumeurs secondaires à distance. Les capacités à migrer et à envahir, des cellules tumorales sont cruciales dans la cascade métastatique. Selon le type cellulaire et les stimuli présents dans le microenvironnement tumoral, les cellules peuvent se déplacer collectivement ou individuellement selon un programme de migration mésenchymateuse ou amiboïde. Différentes voies de signalisation sont liées à la régulation de la motilité cellulaire. Les GTPases Rho (Rac1, Cdc42 et RhoA) contrôlent la migration en régulant la dynamique du cytosquelette d’actine, la contraction acto-myosine et les microtubules. Rac1 régule la motilité mésenchymateuse en favorisant la formation des lamellipodes via un complexe multiprotéique, le « Wave Regulatory Complex (WRC) » et RhoA contrôle la motilité amiboïde en favorisant la contraction du cytosquelette d'acto-myosine. Les protéines Ral (RalA et RalB) appartenant à une autre famille de petites G, ont été récemment impliquées dans la régulation de la migration cellulaire. RalB, à travers le complexe « Exocyst » joue un rôle essentiel dans la motilité. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les mécanismes moléculaires par lesquels la voie RalB/Exocyste contrôle la motilité et l'invasion cellulaire. La première partie de ce travail démontre que l’Exocyste interagit avec SH3BP1, une protéine GAP (GTPase Activating Protein) (projet 1). Nous montrons que l’interaction entre SH3BP1 et Rac1 est nécessaire à l’activité de Rac1 au front de migration. Dans le projet 2, nous montrons que l’Exocyste interagit directement avec WRC, ce qui est un élément clé de la polymérisation de l'actine. Cette interaction est nécessaire à la localisation du complexe WRC au front de migration où il contrôle la formation de protrusions membranaires. Dans de nombreux carcinomes, la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) joue un rôle important dans la promotion de la migration, l’invasion et la formation des métastases. Le projet 3 a permis de mieux caractériser la plasticité de migration et l’invasion des cellules cancéreuses post-EMT et d’étudier la contribution de Ral dans l'invasion des cellules post-EMT. Nous montrons qu’après l’EMT les cellules envahissent la matrice individuellement ? en utilisant la contraction du cytosquelette d'acto-myosine. Nous montrons que RalB est nécessaire à l’invasion des cellules post-EMT, et à la contractilité cellulaire. Nous proposons que le rôle de RalB dans l'invasion passe par GEF-H1 qui est une protéine GEF (Guanine Nucleotide Exchange Factor) de Rho associée à l’Exocyste. Dans la dernière partie de ce manuscrit, nous présentons le logiciel « AVeMap » que nous avons développé afin d’automatiser la quantification des paramètres de la migration cellulaire.En résumé, dans ce travail de thèse nous montrons que la voie Ral/Exocyste est un organisateur moléculaire nécessaire à l’exécution à la fois de la motilité cellulaire contrôlée par Rac1 et à la motilité contrôlée par Rho. / Metastasis is a multistep process by which cancer cells migrate away from the primary neoplastic mass to give rise to secondary tumors at distant sites. Thus, the acquisition of motility and invasive traits by tumor cells is a crucial step for metastasis to occur. Depending on the cell type and the environment, cells can move collectively keeping stable cell-cell contacts or as individual cells, which translocate by exploiting either mesenchymal or amoeboid motility programs.Different molecules and pathways have been linked to the regulation of cell motility. Rho small GTPases (Rac1, Cdc42 and RhoA) control cell migration through their actions on actin assembly, actomyosin contractility and microtubules. Rac1 drives mesenchymal-type motility by promoting lamellipodia formation via the Wave Regulator Complex (WRC). On the contrary, amoeboid motility is governed by RhoA which promotes cell movement via the generation of actomyosin contractile force. Another family of small GTPases, the Ral proteins, was recently involved in the regulation of cell migration. RalB, through the mobilization of its main effector the Exocyst complex, was shown to play an essential role in cell motility. In this work of thesis we investigated the molecular mechanisms through which RalB/Exocyst pathway controls cell motility and invasion.In the first part of this manuscript we show that Exocyst interacts with the RacGAP SH3BP1 (project 1). In mesenchymal moving cells Exocyst/SH3BP1 interaction is required to organize membrane protrusion formation by spatially regulating the activity of Rac1 at the cellular front. In addition, in project 2, we show that the Exocyst binds to the wave regulator complex (WRC), a key promoter of actin polymerization. We provide evidences for Exocyst to be involved in driving the WRC to the leading edge of motile cells, where it can stimulate actin polymerization and membrane protrusions. Reactivation of a developmental program termed epithelial-mesenchymal transition (EMT) was recently shown to promote motility, invasion and metastasis of neoplastic cells. Tumor cells undergoing EMT loose cell-cell contacts acquire a fibroblastoid phenotype and invade the surrounding tissues as individual cells. In project 3 we characterized the invasion plasticity of cancer cells after EMT and we investigated the molecular contribution of Ral to post-EMT invasion. We showed that upon EMT cells disseminate individually in a Rho-driven fashion exploiting the generation of actomyosin force to deform the extracellular matrix. We document that RalB silencing severely impairs actomyosin contractility and dissemination of post-EMT cells. We hypothesize that RalB regulates invasion by controlling the dynamics of the Rho pathway via the Exocyst-associated RhoGEF GEF-H1 in post-EMT cells. Finally, in the last part of this thesis manuscript, we present the PIV-based “AVeMap” software which has been developed to quantify in a fully automated way cell migration and its parameters (Project 4).Taken together the results presented in this thesis manuscript point out the Ral/Exocyst pathway as a key molecular organizer of the execution of both Rac1- and Rho-driven motility programs.