L'intérieur des cellules eucaryotes est compartimenté en organites qui échangent des lipides et protéines entre eux et avec la membrane plasmique via le trafic vésiculaire. Dans les cellules polarisées comme les cellules épithéliales, dont la membrane plasmique est divisée en un pôle apical et un pôle basolatéral séparés par une ceinture de jonctions, le trafic vésiculaire est contrôlé par des systèmes de tri polarisé, permettant d'adresser les protéines appropriées au domaine membranaire approprié. Dans ces cellules épithéliales, le complexe adaptateur AP-1 contrôle l'adressage au pôle basolatéral et le trafic de la molécule d'adhésion E-Cadhérine, une protéine transmembranaire des jonctions d'adhérence. Il a de plus été démontré dans les cellules intestinales du nématode C. elegans et des mammifères qu'AP-1 est nécessaire au maintien de la polarité épithélial. J'ai étudié ces fonctions d'AP-1 chez l'organisme modèle Drosophila melanogaster. J'ai montré qu'AP-1 contrôle aussi le trafic de E-Cadhérine chez la Drosophile mais n'est pas requis pour la maintenance de la polarité de l'épithélium folliculaire, un épithélium entourant le cyste germinal femelle de 16 cellules au cours de l'ovogénèse chez la Drosophile. Ces expériences dans ce tissu m'ont amené à découvrir une nouvelle fonction de E-Cadhérine dans le cyste germinal. Les cellules de ce cyste sont connectées entre elles par des ponts cytoplasmiques stabilisés à l'issue de cytocinèses incomplètes. J'ai montré que les cellules du cyste mutantes pour AP-1 présentent un phénotype de multinucléation dû au décrochage des ponts cytoplasmiques. Ce phénotype corrèle avec un défaut d'adressage de E-Cadhérine dépendant d'AP-1 à la membrane plasmique entourant ces ponts, via les endosomes de recyclage. E-Cadhérine y est nécessaire pour leur ancrage à la membrane plasmique, un rôle qui avait été jusque-Là masqué par l'expression ectopique compensatoire de N-Cadhérine dans les mutants E-Cadhérine. Ce rôle d'E-Cadhérine passe par l'organisation de protrusions membranaires présentant l'aspect et contenant certains marqueurs protéiques des microvillosités observées au pôle apical des cellules épithéliales. / Eukaryotic cells are compartmentalized in organelles. Lipidic and proteic exchanges between organelles and the plasma membrane are controlled by vesicular trafficking. In polarised cells such as epithelial cells, whose plasma membrane is divided into an apical and a basolateral pole separated by a junctional belt, appropriate targeting of proteins to appropriate poles relies on polarised sorting mechanisms controlling vesicular trafficking. In these cells, the clathrin adaptor complex AP-1 controls basolateral targeting and trafficking of the adhesion molecule E-Cadherin, a transmembrane adherens junctions protein. AP-1 is furthermore necessary for epithelial polarity maintenance in intestinal epithelial cells in the nematode C. elegans and mammals. I studied AP-1 functions in the model organism Drosophila melanogaster. I showed AP-1 also controls E-Cadherin trafficking in Drosophila but is not required for polarity maintenance in follicular cells, an epithelium surrounding the female germline cyst during oogenesis. Experiments in this tissue led me to discover a new E-Cadherin function in the germline cyst. Germline cyst cells are interconnected by cytoplasmic bridges stabilised after incomplete cytokinesis. I showed AP-1 mutant cyst cells were multinucleated due to a detachment of cytoplasmic bridges from the plasma membrane. This phenotype correlated with an E-Cadherin AP-1-Dependent targeting defect from recycling endosomes to the plasma membrane surrounding these bridges. E-Cadherin is necessary for their anchoring to the plasma membrane, a role that was hidden by ectopic compensatory expression of N-Cadherin in E-Cadherin mutants. This new role is mediated by E-Cadherin-Dependent organisation of membrane protrusions similar in aspect with and containing proteins of microvillosities present at the apical pole of epithelial cells.

L’adhésion cellulaire chez les plantes est permise par la présence de la paroi dont les composants sont réticulés afin de former un réseau de polysaccharides liant les cellules entre elles. Cependant, la paroi est un compartiment cellulaire dynamique qui participe à la croissance et au développement de la plante, notamment par son relâchement et sa réorganisation constante et nous ne savons pas exactement comment l'adhésion cellulaire est effectivement maintenue dans ces conditions. Afin d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes qui contrôlent l'adhésion cellulaire chez les plantes, nous avons utilisé une combinaison de crible génétique suppresseur et de crible chémogenomique suppresseur sur les mutants quasimodo1 et quasimodo2 présentant un défaut d'adhésion cellulaire accompagné d’une déficience de synthèse de pectine. Par ces approches nous avons pu isoler des mutants suppresseurs et des molécules chimiques impliquées dans l'adhésion cellulaire. Le crible génétique a conduit à l'identification et l'étude d'un suppresseur muté dans le gène ESMERALDA1, une O-fucosyltransférase putative non caractérisée. L'étude génétique du défaut d’adhésion cellulaire en incluant friable1, muté dans une autre O-fucosyltransférase putative, a montré que la mutation de ESMD1 était suffisante pour supprimer le défaut d'adhésion cellulaire de qua1, qua2 et frb1, ce qui en fait un acteur majeur de l’adhésion cellulaire. Le crible chemogenomic a montré l'implication du transport de l'auxine et de l'activité pectin méthylesterase dans le processus contrôlant l'adhésion cellulaire. Sur la base de ces nouvelles informations, nous avons établi un modèle qui explique la perte de l'adhésion cellulaire chez les mutants quasimodo et friable1, et à partir de ce modèle, nous avons pu déduire l'existence de mécanismes qui permettent le maintien de l'adhésion cellulaire de façon dynamique au cours de croissance et de développement chez les plantes. / Cell to cell adhesion in plants is mediated by the cell wall in which the components are cross-linked in order to create a continuum of polysaccharides linking the cells together. However the cell wall is a dynamic compartment that participates in growth and development through its constant loosening and remodeling and it is not very clear how cell adhesion is actually maintained in these conditions. In order to get a better understanding of the mechanisms that control cell adhesion in plants we used a combination of a forward genetic suppressor screen and a chemical genomic suppressor screen on the cell adhesion defective and pectin synthesis deficient mutants quasimodo1 and quasimodo2, and have isolated a number of suppressor mutants and molecules implicated in cell adhesion. The genetic screen led to the identification and study of a suppressor mutated in the gene ESMERALDA1, an uncharacterized putative O-fucosyltransferase. The genetic study of cell adhesion including another putative O-fucosyltransferase FRIABLE1 showed that the disruption of ESMD1 was sufficient to suppress the cell adhesion defect of qua1, qua2 and frb1, making it a major player of the pathway. The chemical genomic screen has revealed the implication of auxin transport and pectin methyl esterase activity in the process of cell adhesion. Based on these new information we have established a model explaining the loss of cell adhesion in the quasimodo and friable1 mutants, and from this model we have inferred the existence of the mechanisms that dynamically allow the maintenance of cell adhesion in plants during growth and development.

L'Annexine A5 (Anx5) est une protéine de la famille des annexines qui présente la propriété de s'organiser à la surface des bicouches lipidiques en trimères et en assemblages bidimensionnels (2D) de trimères. Ce travail de thèse concerne le développement d'applications biotechnologiques des assemblages 2D d'Anx5 ainsi qu'une étude des propriétés fonctionnelles de ces assemblages. Ces travaux ont été réalisés principalement à l'aide des méthodes de la microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation (QCM-D) et de la microscopie à force atomique (AFM). <br />La première partie de cette thèse concerne le développement de plates-formes d'ancrage basées sur des assemblages 2D de protéines dérivées de l'Anx5. Des complexes covalents entre l'Anx5 et des peptides d'adhésion cellulaire pour la réalisation de plates-formes d'ancrage de cellules. Des protéines de fusion entre l'Anx5 et un fragment de la protéine A ont d'autre part servi au développement de plates-formes 2D pour l'immobilisation contrôlée d'anticorps et de protéines. <br />La seconde partie de cette thèse concerne l'étude des propriétés fonctionnelles des assemblages 2D d'Anx5. L'étude de l'interaction d'un anticorps anti-phospholipide avec les assemblages 2D d'Anx5 montre que cet anticorps ne perturbe pas l'organisation 2D de l'Anx5. La seconde étude concernant l'influence des assemblages 2D de l'Anx5 sur la dynamique des bicouches lipidiques établie une corrélation entre la formation de trimères et le ralentissement de la dynamique des membranes.<br />Ces travaux contribuent à notre compréhension des propriétés des assemblages 2D d'Anx5 et permettent d'envisager le développement de biocapteurs pour cellules ou molécules.

Ces travaux de thèse portent sur l'étude expérimentale des propriétés physiques et de la biomécanique des agrégats cellulaires embryonnaires. Le but de cette thèse était d'une part de mieux comprendre l'origine biologique de la viscosité et de la tension de surface tissulaire, d'autre part d'étudier quantitativement en détail l'élasticité cellulaire par des nouvelles mesures de rhéologie en cisaillement. Un premier chapitre concerne les mesures de tension de surface tissulaire par la méthode de compression et de viscosité tissulaire par analyse de la cinétique de fusion de deux agrégats en faisant varier comme paramètre principal la contractilité cellulaire que certains suspectent comme étant la principale origine biologique de ces paramètres. Nous utilisons le formalisme du DITH (Haris, 1976: Differential Interfacial Tension Hypothesis) pour interpréter les données. Le deuxième chapitre concerne les mesures rhéologiques en cisaillement à l'aide d'un rhéomètre commercial plan-plan sur plusieurs centaines ou milliers d'agrégats cisaillés ensembles. Nous montrons que les cellules deviennent moins rigides pour une déformation minimale d'environ 4%, mais sur l'échelle de l'heure les cellules sont capables de se rigidifier à nouveau. Ces expériences sont analysées à l'aide d'un modèle de ressorts qui cassent sous contrainte puis se ressoudent à contrainte nulle / This thesis focuses on the experimental study of physical properties and biomechanics of embryonic cell aggregates. The aim of this thesis was on one hand to better understand the biological origin of tissue viscosity and tissue surface tension, and on the other hand to study quantitatively in detail cell elasticity by means of new rheological measurements in shear. A first chapter deals with measurements of tissue surface tension by tissue compression method and tissue viscosity by analysis of the fusion kinetics of two aggregates. We vary key parameters such as cell contractility that some people suspect to be the main biological origin of these parameters. We use the formalism of DITH (Haris, 1976: Differential Interfacial Tension Hypothesis) to interpret the data. The second chapter deals with rheological measurements in shear using a commercial plate-plate rheometer over several hundred of aggregates. We showed that cells become softer after a minimal deformation of 4% is reached, and can harden again on the timescale of hour. These experiences are analyzed using a model of springs that break under stress and then reattach at zero strain

Les paramètres de surface contrôlent les fonctions des cellules, en coopération avec leurs codes génétiques. Des études récentes soulignent l'impact combiné des signaux chimiques, topographiques et mécaniques des substrats d'adhésion sur les processus de différenciation. Cette étude se focalise sur le paramètre énergétique, et plus spécialement, sur l'influence exercée par la distribution spatiale des énergies de surface sur la différenciation des cellules neuronales. Le modèle étudié est constitué par les cellules de la lignée PC12, capables de se différencier en neurones suite au traitement par le facteur de croissance nerveux (NGF). Les cellules sont cultivées sur des surfaces de verre modifiées par auto-assemblage de monocouches d'alkylsiloxanes ou de biopolymères. La modification de la nature chimique et du degré d'organisation des monocouches module la distribution des composantes dispersives et polaires de l'énergie de surface, à une échelle inférieure au micron. Sur des substrats très homogènes (dotés de terminaisons CH3, NH2, ou OH), l'adhésion des cellules PC12 est modulée par le degré d'affinité chimique, et peu de cellules initient des neurites. Inversement, sur des substrats localement très hétérogènes, les cellules adhèrent quel que soit le couple chimique produisant les hétérogénéités (NH2/OH ou CH3/OH), et elles génèrent un nombre important de neurites en moins de 48 h, sans traitement au NGF. Ce travail démontre que les hétérogénéités chimiques de surface exercent une influence critique sur les processus de régénérescence des cellules nerveuses, en induisant des gradients dans les énergies d'adhésion aux échelles nanométriques.

Les interactions collectives, quoique récurrentes chez les microbes, sont paradoxales du point de vue de la sélection naturelle : les traits individuels qui les sous-tendent sont coûteux, donc sujets à l'exploitation de " tricheurs ". Parmi les modèles théoriques, la plupart privilégient des formalismes statiques et idéalisés, et négligent les processus physiques de formation de groupes. Dans une 1ère partie, je décris un cadre formel général pour modéliser les dynamiques évolutives d'un trait social qui augmente la propension à interagir et la cohésion des groupes. Je prouve que la meilleure agrégation des sociaux (attachement différentiel) leur suffit à s'assortir sans besoin de capacités de reconnaissance mutuelle, allégeant l'hypothèse d'attachement préférentiel fréquemment invoquée dans la littérature en l'absence de sélection de parentèle. Dans une 2nde partie, j'étaye cette preuve de principe en spécifiant un modèle computationnel d'agrégation où les individus exercent les uns sur les autres des forces d'interaction d'intensité dépendant de leur type. Je montre que l'émergence et le maintien de la socialité sont compatibles avec de tels processus de formation de groupes, en détaillant à quelles conditions sur les paramètres écologiques et microscopiques. Ce travail constitue une suggestion de scénario mécaniste pour l'évolution de la socialité au sein de groupes de taille arbitraire, ne requérant ni capacités cognitives pour les individus ni apparentement génétique. Il se veut éclairant sur les déterminants évolutionnistes de la structure sociale d'organismes tels que les dictyostélides et les myxobactéries, ainsi que sur les origines possibles de la multicellularité.