La función de las caveolas y de la caveolina in vivo ha sido motivo de controversia, de hecho se han implicado en procesos de endocitosis y transcitosis, transporte de colesterol y ácidos grasos, regulación de procesos de transducción de señales y tumorigénesis (Liu et al., 2002). Sin embargo, la generación de los ratones KO de caveolina-1 (Drab et al., 2001; Razani et al., 2001a) mostraba que estos ratones eran perfectamente viables y fértiles, aunque estudios posteriores relacionaban a caveolina-1 con la homeostasis lipídica (Razani et al., 2002a).A partir de estos antecedentes, el objetivo general de esta tesis ha sido: · Definir la función de las caveolas/ caveolina-1 en la fisiología del adipocitoNos planteamos así, nuestro primer objetivo:1- Obtención de líneas 3T3L1 deficientes en caveolina-1 mediante silenciamiento génico posttranscripcional.2- Analizar la presencia de caveolas y la distribución de la caveolina-1 remanente en las membranas de los adipocitos y estudiar la estructura y composición de los rafts lipídicos/caveolas en estos adipocitos deficientes en caveolina-1.3- Analizar la diferenciación adipocitaria de los preadipocitos 3T3L1 deficientes en caveolina-1. 4- Analizar la acción de la insulina en los adipocitos deficientes en caveolina-1, 5- Estudiar el papel de caveolina-1 en el metabolismo lipídico del adipocito.A partir de los objetivos planteados conseguimor obtener las siguientes conclusiones en el desarrollo de esta tesis:1. Se ha conseguido la transducción eficiente de adipocitos 3T3L1 maduros usando estas partículas lentivirales que expresan transgenes, aunque no se ha logrado transducir los adipocitos maduros eficazmente en el caso de los lentivirus que expresan moléculas de siRNA.2. Los preadipocitos 3T3L1 son eficientemente transducidos usando las partículas lentivirales que permiten la expresión tanto de transgenes como de moléculas de siRNA. Mediante esta técnica hemos generado líneas estables 3T3L1 que expresan moléculas de siRNA de caveolina-1 y que presentan una reducción en la expresión de la proteína caveolina-1 de más del 93%.3. La disminución de la proteína caveolina-1 en más de un 93% en adipocitos 3T3L1 provoca una disminución equivalente en el número de caveolas en la membrana plasmática.4. La deficiencia en caveolina-1 en los adipocitos 3T3L1 no afecta a la localización de los marcadores proteicos y lipídicos característicos de los rafts lipídicos, que continúan recuperándose en las fracciones ligeras de los extractos celulares durante el aislamiento bioquímico de los rafts lipídicos. 5. La deficiencia en caveolina-1 y caveolas no afecta a la diferenciación de los preadipocitos 3T3L1 a adipocitos maduros, ni tampoco a las características morfológicas y el contenido lipídico (triacilglicéridos y colesterol) de los adipocitos maduros. 6. Los adipocitos 3T3L1 con una disminución del 93% en la expresión de caveolina-1, presentan una reducción del 50% en la expresión de las proteínas GLUT4 y del 40% en el caso del receptor de insulina, sin que este hecho responda a una menor cantidad de sus RNA mensajeros, sino a una disminución en la vida media de estas proteínas. Este dato sugiere que caveolina-1 participe en la estabilidad de estas proteínas.7. El déficit de caveolina-1 en los adipocitos 3T3L1 no afecta a las vías de señalización de la insulina (dependiente de PI3K y dependiente de Cbl-TC10) ni tampoco a la translocación de GLUT4 a la membrana plasmática inducida por la insulina ni a la estimulación del transporte de glucosa. 8. La presencia de caveolas/caveolina-1 no es necesaria para la correcta internalización de GLUT4 durante la reversión de la acción de la insulina.9. Las caveolas/caveolina-1 tampoco son necesarias para la acción de la insulina inhibiendo o activando la lipólisis y la lipogénesis en los adipocitos 3T3L1, respectivamente.10. La deficiencia de caveolina-1 y caveolas no altera el transporte de ácido palmítico a través de la membrana plasmática de adipocitos 3T3L1.Esta deficiencia tampoco altera la activación lipolítica por los efectores beta-adrenérgicos: Isoproterenol 10mu-M e IBMX 0,5mM en los adipocitos 3T3L1.PALABRAS CLAVE: Cavelonia-1, Caveola, Adipocito, Insulina, GLUT4, Receptor de insulina / Caveolae are a specialized type of lipid rafts that are stabilized by oligomers of caveolin protein. Caveolae are particularly enriched in adipocytes. Here we analyzed the effects of caveolin-1 knockdown and caveolae ablation on adipocyte function. To this end, we obtained several multiclonal mouse 3T3-L1 cell lines with a reduced expression of caveolin-1 (95% reduction) by a small interfering RNA approach using lentiviral vectors. Control cell lines were obtained by lentiviral infection with lentiviral vectors encoding appropriate scrambled RNAs. Caveolin-1 knockdown adipocytes showed a drastic reduction in the number of caveolae (95% decrease) and cholera toxin-labeling was reorganized in dynamic plasma membrane microdomains. Caveolin-1 depletion caused a specific decrease in GLUT4 glucose transporter and insulin receptor protein levels. This reduction was not the result of a generalized defect in adipocyte differentiation or altered gene expression but was explained by faster degradation of these proteins. Caveolin-1 knockdown adipocytes showed reductions in insulin-stimulated glucose transport, insulin-triggered GLUT4 recruitment to the cell surface and insulin receptor activation. In all, our data indicate that caveolin-1 loss-of-function reduces maximal insulin response through lowered stability and diminished expression of insulin receptors and GLUT4. We propose that caveolin-1/caveolae control insulin action in adipose cells.

Las membranas celulares contienen un canal de Cl- (Maxi-Cl-) que es modulado por estrógenos y antiestrógenos. El trabajo experimental de mi tesis doctoral ha consistido en el estudio de la modulación de este canal y su identidad molecular. El resultado de mi trabajo ha demostrado que la base molecular del canal Maxi-Cl- es una isoforma de la proteína mitocondrial VDAC y que la activación del canal por los antiestrógenos y su inhibición por los estrógenos implica procesos de defosforilación y fosforilación, respectivamente. / Cellular membranes contain a Maxi-Cl- channel that is modulated by oestrogen and antioestrogens. The experimental work of my PhD Thesis has focussed in the study of the molecular identity of the Maxi-Cl- channel and its regulation. My results demonstrated that an isoform of the mitochondrial protein VDAC is the molecular correlate of the Maxi-Cl- channel and that the activation of the channel by antioestrogens and its inhibition by oestrogen requires a dephosphorylation and phosphorylation process, respectively.

Caveolae sind charakteristische Plasmamembraneinstülpungen, die in vielen Zelltypen vorkommen und deren biologische Funktion umstritten ist. Ihre besondere Form und ihre Häu gkeit in Zellen, die stets mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, führten zu der Annahme, dass Caveolae die Plasmamembran vor mechanischen Belastungen schützen und als Membranreservoir dienen. Dies sollte mit dieser Dissertation experimentell geprüft werden. Zunächst wurde der Ein uss der Caveolae auf die Membranspannung von Zellen im Normalzustand untersucht. Dann wurden die Zellen mechanisch belastet. Mit Fluoreszensmikroskopie wurde das Verschwinden von Caveolae nach Strecken der Zellen oder nach einem hypo-osmotischen Schock beobachtet. Messungen der Membranspannung vor und unmittelbar nach dem hypo-osmotischem Schock zeigten, dass Caveolae einen Anstieg der Membranspannung verhindern, unabhängig von ATP und dem Cytoskelett. Die Erzeugung von Membranvesikel mit Caveolae erlaubte es, diesen Effekt der Caveolae in einem vereinfachten Membransystem zu beobachten. Schliesslich wurden Muskelzellen untersucht. Zellen, die genetisch bedingt weniger Caveolae haben und mit Muskelschwundkrankheiten in Verbingung stehen, waren mechanisch weniger belastbar als gesunde Zellen. Zusammenfassend wird mit dieser Dissertation die These bestärkt, dass Caveolae einem Anstieg der Membranspannungen entgegenwirken. Dass dies in Zellen und in Vesikeln unabhängig von Energie und Cytoskelett geschieht, lässt auf einen passiven, mechanisch getriebenen Prozess schliessen. Diese Erkenntnis trägt zum Verständnis der Rolle von Caveolae in Zellen bei und kann dem besseren Verständnis von Krankheiten bedingt durch Caveolin-Mutationen, wie z.B. Muskelschwundkrankheiten, dienen. / Caveolae, the characteristic plasma membrane invaginations present in many cells, have been associated with numerous functions that still remain debated. Taking into account the particular abundance of caveolae in cells experiencing mechanical stress, it was proposed that caveolae constitute a membrane reservoir and bu er the membrane tension upon mechanical stress. The present work aimed to check this proposition experimentally. First, the in uence of caveolae on the membrane tension was studied on mouse lung endothelial cells in resting conditions using tether extraction with optically trapped beads. Second, experiments on cells upon acute mechanical stress showed that caveolae serve as a membrane reservoir bu ering surges in membrane tension in their immediate, ATP- and cytoskeleton-independent attening and disassembly. Third, caveolae incorporated in membrane vesicles also showed the tension bu ering. Finally, in a physiologically more relevant case, human muscle cells were studied, and it was shown that mutations with impaired caveolae which are described in muscular dystrophies render muscle cells less resistant to mechanical stress. In Summary the present work provides experimental evidence for the hypothesis that caveolae bu er the membrane tension upon mechanical stress. The fact that this was observed in cells and membrane vesicles in an ATP and cytoskeleton independent manner reveals a passive, mechanically driven process. This could be a leap forward in the comprehension of the role of caveolae in the cell, and in the understanding of genetic diseases like muscular dystrophies. / Cavéoles sont des invaginations caractéristiques de la membrane plas- mique présents dans beaucoup de types cellulaires. Ils sont liées à plusieurs fonctions cellulaires, ce qui sont encore débattues. Prenant compte de l importance des cavéoles dans les cellules soumises au stress mécanique, les cavéoles sont proposées de constituer un réservoir membranaire et de tamponner la tension membranaire pendant des stresses mécaniques. Cette étude a eu le but de tester cette hypothèse expérimentalement. En premier, l in uence des cavéoles sur la tension membranaire au repos a été étudiée sur des cellules endothéliales du poumon de la souris. Puis, on a montré que les cavéoles tamponnent l augmentation de la tension membranaire après l application d un stress mécanique. En suite, la réalisation des vésicules membranaires contenant des cavéoles a permit de montrer leur rôle comme réservoir membranaire dans un système simpli é. Finalement, dans un contexte physiologiquement plus relevant, l étude des cellules musculaires a montrée que les mutations du cavéolin associées aux dystrophies musculaires rendent les cellules moins résistante aux stresses mécaniques. En conclusion, cette étude supporte l\'hypothèse que les cavéoles tamponnent la tension membranaire pendant des stresses mécaniques. Le fait que cela se passe dans les cellules et les vésicules indépendamment d ATP et du cytosquelette révèlent un processus passif et mécanique. Cela pourrait servir à une meilleure compréhension du rôle des cavéoles dans la cellule et les maladies génétiques comme les dystrophies musculaires.

Caveolae sind charakteristische Plasmamembraneinstülpungen, die in vielen Zelltypen vorkommen und deren biologische Funktion umstritten ist. Ihre besondere Form und ihre Häu gkeit in Zellen, die stets mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, führten zu der Annahme, dass Caveolae die Plasmamembran vor mechanischen Belastungen schützen und als Membranreservoir dienen. Dies sollte mit dieser Dissertation experimentell geprüft werden. Zunächst wurde der Ein uss der Caveolae auf die Membranspannung von Zellen im Normalzustand untersucht. Dann wurden die Zellen mechanisch belastet. Mit Fluoreszensmikroskopie wurde das Verschwinden von Caveolae nach Strecken der Zellen oder nach einem hypo-osmotischen Schock beobachtet. Messungen der Membranspannung vor und unmittelbar nach dem hypo-osmotischem Schock zeigten, dass Caveolae einen Anstieg der Membranspannung verhindern, unabhängig von ATP und dem Cytoskelett. Die Erzeugung von Membranvesikel mit Caveolae erlaubte es, diesen Effekt der Caveolae in einem vereinfachten Membransystem zu beobachten. Schliesslich wurden Muskelzellen untersucht. Zellen, die genetisch bedingt weniger Caveolae haben und mit Muskelschwundkrankheiten in Verbingung stehen, waren mechanisch weniger belastbar als gesunde Zellen. Zusammenfassend wird mit dieser Dissertation die These bestärkt, dass Caveolae einem Anstieg der Membranspannungen entgegenwirken. Dass dies in Zellen und in Vesikeln unabhängig von Energie und Cytoskelett geschieht, lässt auf einen passiven, mechanisch getriebenen Prozess schliessen. Diese Erkenntnis trägt zum Verständnis der Rolle von Caveolae in Zellen bei und kann dem besseren Verständnis von Krankheiten bedingt durch Caveolin-Mutationen, wie z.B. Muskelschwundkrankheiten, dienen.:I Introduction 9 1 Physical Description of Cellular Membranes 11 1.1 Membrane Physics at Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1.1 Elastic Membrane Properties . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.2 Mathematical Description of the Membrane . . . . . . 16 1.1.3 Membrane Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2 Techniques to Measure Mechanical Properties of Membranes . 20 1.2.1 The Micropipette Aspiration Technique . . . . . . . . . 21 1.2.2 Tether Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.2.3 Force and Radius of a Tether . . . . . . . . . . . . . . 25 2 From Vesicles to Cells 30 2.1 Structure of the Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2 Cytoskeleton of Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.1 Actin Filaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.2.2 Actin Cortex Impairing Drugs . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3 Cellular Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4 Membrane Area and Membrane Tension Regulation . . . . 39 2.5 Tether Extraction From Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3 Caveolae 44 3.1 The De nition of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2 The Caveolin Protein Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.1 The Structure of Caveolin . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3 The Cavin Protein Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.1 Cavin1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.2 Cavin2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.3 Cavin3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3.4 Cavin4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 13.4 The Assembly of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . .54 3.4.1 Caveolin is Synthesized in the Endoplasmic Reticulum, and Assembles in The Golgi Apparatus .54 3.4.2 Cavin Enters the Stage for Caveola Formation . . . . . 56 3.4.3 The Lipid Composition of Caveolae . . . . . . . . . . . 59 3.5 Caveolae Are Stable Structures at the Plasma Membrane . . 60 3.6 Endocytosis of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.7 Caveolae/Caveolin Proteins and Signaling Processes . . . . . 62 3.7.1 Ion-pumps in Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.7.2 Regulation of eNOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.8 Caveolae in Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . .. . . . 64 3.8.1 Interaction Partners of Cav3 in Myotubes . . . . . . . 64 3.8.2 Muscular Dystrophies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4 Mechanical Role of Caveolae 74 II Materials and Methods 82 5 Cells and Reagents 84 5.1 Cell Types and Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.1.1 HeLa-PFPIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.1.2 Mouse Lung Endothelial Cells . . . . . . . . . . . . . . 85 5.1.3 Mouse Embryonic Fibroblast . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.4 Human Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.2 Treatments Altering the Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.1 Expression of Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.2 Altering Actin Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.3 ATP depletion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.4 Cholesterol Depletion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.3 Vesicles out of Cellular Plasma Membranes . . . . . . . . . . . 91 5.3.1 Giant Plasma Membrane Vesicles (GPMV) . . . . . . . 93 5.3.2 CytochalasinD-Blebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.3.3 Plasma Membrane Spheres (PMS) . . . . . . . . . . . . 94 6 Experimental Set-Up 96 6.1 Tether Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1.1 Epi-OT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1.2 Con-OT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.1.3 Cell Stage and Pipette Holder . . . . . . . . . . . . . . 102 6.1.4 Hypo-osmotic Shock System . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.1.5 Fabrication of Micropipettes . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.1.6 Aspiration Control System . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.1.7 Beads and Bead-coatings . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.1.8 Online Tracking with MatLab . . . . . . . . . . . . . . 108 6.1.9 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.2 TIRF-microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6.2.1 TIRF Set-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 III Results 115 7 Tether Extraction From Adherent Cells 117 7.1 Typical Tether Force Traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.2 Preliminary Remarks and Comments on the Relation Between Tether Force and Membrane Tension on Cells . . . . . . . . 120 8 Do Caveolae Contribute to Setting the Resting Cell Tension? 123 8.1 The E ective Tension of MLEC is A ected by the Presence Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.2 The E ective Tension in MEFs Does not Depend on the Presence of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 8.3 Challenging the E ective Cell Tension by Chemical and Biological Treatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 8.3.1 Alterations of the Cytoskeleton Decrease the E ective Cell Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 8.3.2 ATP depletion Decreases the Membrane Tension . . . . 130 8.3.3 Interaction of Cav1 with Src-kinase . . . . . . . . . . . 131 8.3.4 Cav3 Re-establishes the Cell Tension of Cav1−/− MLEC 133 8.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 9 Caveola-mediated Membrane Tension Bu ering Upon Acute Mechanical Stress: Experiments on Cells 137 9.1 Application of Acute Mechanical Stress and Cell Response Observed by TIRF and EM . . . . . . . . . . . 137 9.1.1 Mechanical Stress Leads to the Partial Disappearance of Caveolae from the Plasma Membrane .138 9.1.2 Partial Disappearance of Caveolae Observed by EM . 144 9.2 Membrane Tension Measurements During Hypo-osmotic Shock 147 9.2.1 Caveolae are Required for Bu ering the Tension Surge Due to Hypo-osmotic Shock . . . . . . . . . . . . . . . 147 9.2.2 Clathrin Coated Pits do not Bu er the Membrane Tension 151 9.2.3 Disassembly of Caveolae During Mechanical Stress . . . 153 9.3 Correlation Between the Observed Loss of Caveolae and the Excess of Membrane Area Required to Bu er Membrane Tension 156 10 Caveola-mediated Membrane Tension Bu ering upon Mechanical Stress: Experiments on Plasma Membrane Spheres 159 10.1 Plasma Membrane Spheres Contain Caveolae and Are Devoid of Actin Filaments . . . . . 161 10.1.1 Production of PMS from HeLa-PGFPIG . . . . . . . . 161 10.1.2 Production of PMS from MLEC . . . . . . . . . . . . . 163 10.2 Micropipette Aspiration of PMS Induces Disassembly of Caveolae 166 10.2.1 Quantitative Analysis of Micropipette Aspiration of PMS 167 11 Experiments on Muscle Cells The Role of Caveolin-3 Mutations in Muscular Dystrophy 174 11.1 Tether Force of Di erentiated Muscle Cells . . . . . . . . . . . 176 11.2 Reaction of Myotubes with Cav3-Mutations upon Acute Mechanical Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 11.3 Contracting Myotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181 IV Discussion 182 12 Caveolae as a Security Device for the Cell Membrane 183 12.1 Comparison of Experimental Data with the Theoretical Model (Sens and Turner) . . . . . . . . . 186 13 Mechanical Stress and the Role of Caveolae in Signaling 189 14 Towards a Better Understanding of Muscular Dystrophies 191 15 Other Caveolin Related Diseases 194 V Appendices 196 A Cell Speci c Protocols 197 A.1 General Cell Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 A.1.1 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 A.2 Mouse Lung Endothelial Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.1 Cell Type Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.2 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.3 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.4 Transfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 A.3 HeLa and Mouse Embryonic Fibroblast Cells . . . . . . . . . . 199 A.3.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 A.3.2 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4 Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.1 Cell Type Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.2 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.3 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 A.4.4 Transfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 B Cav1-Reconstitution in Lipid Vesicles 203 B.1 Puri cation of Cav1-GST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 B.1.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 B.1.2 Puri cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 B.2 puri cation of Cav1-His . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 B.2.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 B.2.2 Puri cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 B.3 Incorporation of Cav1 in Lipid Vesicles . . . . . . . . . . . . . 208 B.3.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 B.3.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4 GUV Electro formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 5 B.5 Check of Cav1 Association with Lipids . . . . . . . . . . . . . 210 B.5.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 B.5.2 Cav1-SUVs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 B.5.3 Run Sucrose Gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 B.5.4 TCA precipitation and Western Blot . . . . . . . . . . 212 B.5.5 SDS Page . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 B.5.6 Western Blot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 / Caveolae, the characteristic plasma membrane invaginations present in many cells, have been associated with numerous functions that still remain debated. Taking into account the particular abundance of caveolae in cells experiencing mechanical stress, it was proposed that caveolae constitute a membrane reservoir and bu er the membrane tension upon mechanical stress. The present work aimed to check this proposition experimentally. First, the in uence of caveolae on the membrane tension was studied on mouse lung endothelial cells in resting conditions using tether extraction with optically trapped beads. Second, experiments on cells upon acute mechanical stress showed that caveolae serve as a membrane reservoir bu ering surges in membrane tension in their immediate, ATP- and cytoskeleton-independent attening and disassembly. Third, caveolae incorporated in membrane vesicles also showed the tension bu ering. Finally, in a physiologically more relevant case, human muscle cells were studied, and it was shown that mutations with impaired caveolae which are described in muscular dystrophies render muscle cells less resistant to mechanical stress. In Summary the present work provides experimental evidence for the hypothesis that caveolae bu er the membrane tension upon mechanical stress. The fact that this was observed in cells and membrane vesicles in an ATP and cytoskeleton independent manner reveals a passive, mechanically driven process. This could be a leap forward in the comprehension of the role of caveolae in the cell, and in the understanding of genetic diseases like muscular dystrophies.:I Introduction 9 1 Physical Description of Cellular Membranes 11 1.1 Membrane Physics at Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1.1 Elastic Membrane Properties . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.2 Mathematical Description of the Membrane . . . . . . 16 1.1.3 Membrane Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2 Techniques to Measure Mechanical Properties of Membranes . 20 1.2.1 The Micropipette Aspiration Technique . . . . . . . . . 21 1.2.2 Tether Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.2.3 Force and Radius of a Tether . . . . . . . . . . . . . . 25 2 From Vesicles to Cells 30 2.1 Structure of the Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2 Cytoskeleton of Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.1 Actin Filaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.2.2 Actin Cortex Impairing Drugs . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3 Cellular Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4 Membrane Area and Membrane Tension Regulation . . . . 39 2.5 Tether Extraction From Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3 Caveolae 44 3.1 The De nition of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2 The Caveolin Protein Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.1 The Structure of Caveolin . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3 The Cavin Protein Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.1 Cavin1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.2 Cavin2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.3 Cavin3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3.4 Cavin4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 13.4 The Assembly of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . .54 3.4.1 Caveolin is Synthesized in the Endoplasmic Reticulum, and Assembles in The Golgi Apparatus .54 3.4.2 Cavin Enters the Stage for Caveola Formation . . . . . 56 3.4.3 The Lipid Composition of Caveolae . . . . . . . . . . . 59 3.5 Caveolae Are Stable Structures at the Plasma Membrane . . 60 3.6 Endocytosis of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.7 Caveolae/Caveolin Proteins and Signaling Processes . . . . . 62 3.7.1 Ion-pumps in Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.7.2 Regulation of eNOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.8 Caveolae in Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . .. . . . 64 3.8.1 Interaction Partners of Cav3 in Myotubes . . . . . . . 64 3.8.2 Muscular Dystrophies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4 Mechanical Role of Caveolae 74 II Materials and Methods 82 5 Cells and Reagents 84 5.1 Cell Types and Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.1.1 HeLa-PFPIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.1.2 Mouse Lung Endothelial Cells . . . . . . . . . . . . . . 85 5.1.3 Mouse Embryonic Fibroblast . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.4 Human Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.2 Treatments Altering the Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.1 Expression of Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.2 Altering Actin Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.3 ATP depletion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.4 Cholesterol Depletion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.3 Vesicles out of Cellular Plasma Membranes . . . . . . . . . . . 91 5.3.1 Giant Plasma Membrane Vesicles (GPMV) . . . . . . . 93 5.3.2 CytochalasinD-Blebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.3.3 Plasma Membrane Spheres (PMS) . . . . . . . . . . . . 94 6 Experimental Set-Up 96 6.1 Tether Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1.1 Epi-OT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1.2 Con-OT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.1.3 Cell Stage and Pipette Holder . . . . . . . . . . . . . . 102 6.1.4 Hypo-osmotic Shock System . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.1.5 Fabrication of Micropipettes . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.1.6 Aspiration Control System . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.1.7 Beads and Bead-coatings . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.1.8 Online Tracking with MatLab . . . . . . . . . . . . . . 108 6.1.9 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.2 TIRF-microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6.2.1 TIRF Set-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 III Results 115 7 Tether Extraction From Adherent Cells 117 7.1 Typical Tether Force Traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.2 Preliminary Remarks and Comments on the Relation Between Tether Force and Membrane Tension on Cells . . . . . . . . 120 8 Do Caveolae Contribute to Setting the Resting Cell Tension? 123 8.1 The E ective Tension of MLEC is A ected by the Presence Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.2 The E ective Tension in MEFs Does not Depend on the Presence of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 8.3 Challenging the E ective Cell Tension by Chemical and Biological Treatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 8.3.1 Alterations of the Cytoskeleton Decrease the E ective Cell Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 8.3.2 ATP depletion Decreases the Membrane Tension . . . . 130 8.3.3 Interaction of Cav1 with Src-kinase . . . . . . . . . . . 131 8.3.4 Cav3 Re-establishes the Cell Tension of Cav1−/− MLEC 133 8.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 9 Caveola-mediated Membrane Tension Bu ering Upon Acute Mechanical Stress: Experiments on Cells 137 9.1 Application of Acute Mechanical Stress and Cell Response Observed by TIRF and EM . . . . . . . . . . . 137 9.1.1 Mechanical Stress Leads to the Partial Disappearance of Caveolae from the Plasma Membrane .138 9.1.2 Partial Disappearance of Caveolae Observed by EM . 144 9.2 Membrane Tension Measurements During Hypo-osmotic Shock 147 9.2.1 Caveolae are Required for Bu ering the Tension Surge Due to Hypo-osmotic Shock . . . . . . . . . . . . . . . 147 9.2.2 Clathrin Coated Pits do not Bu er the Membrane Tension 151 9.2.3 Disassembly of Caveolae During Mechanical Stress . . . 153 9.3 Correlation Between the Observed Loss of Caveolae and the Excess of Membrane Area Required to Bu er Membrane Tension 156 10 Caveola-mediated Membrane Tension Bu ering upon Mechanical Stress: Experiments on Plasma Membrane Spheres 159 10.1 Plasma Membrane Spheres Contain Caveolae and Are Devoid of Actin Filaments . . . . . 161 10.1.1 Production of PMS from HeLa-PGFPIG . . . . . . . . 161 10.1.2 Production of PMS from MLEC . . . . . . . . . . . . . 163 10.2 Micropipette Aspiration of PMS Induces Disassembly of Caveolae 166 10.2.1 Quantitative Analysis of Micropipette Aspiration of PMS 167 11 Experiments on Muscle Cells The Role of Caveolin-3 Mutations in Muscular Dystrophy 174 11.1 Tether Force of Di erentiated Muscle Cells . . . . . . . . . . . 176 11.2 Reaction of Myotubes with Cav3-Mutations upon Acute Mechanical Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 11.3 Contracting Myotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181 IV Discussion 182 12 Caveolae as a Security Device for the Cell Membrane 183 12.1 Comparison of Experimental Data with the Theoretical Model (Sens and Turner) . . . . . . . . . 186 13 Mechanical Stress and the Role of Caveolae in Signaling 189 14 Towards a Better Understanding of Muscular Dystrophies 191 15 Other Caveolin Related Diseases 194 V Appendices 196 A Cell Speci c Protocols 197 A.1 General Cell Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 A.1.1 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 A.2 Mouse Lung Endothelial Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.1 Cell Type Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.2 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.3 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.4 Transfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 A.3 HeLa and Mouse Embryonic Fibroblast Cells . . . . . . . . . . 199 A.3.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 A.3.2 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4 Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.1 Cell Type Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.2 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.3 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 A.4.4 Transfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 B Cav1-Reconstitution in Lipid Vesicles 203 B.1 Puri cation of Cav1-GST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 B.1.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 B.1.2 Puri cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 B.2 puri cation of Cav1-His . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 B.2.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 B.2.2 Puri cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 B.3 Incorporation of Cav1 in Lipid Vesicles . . . . . . . . . . . . . 208 B.3.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 B.3.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4 GUV Electro formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 5 B.5 Check of Cav1 Association with Lipids . . . . . . . . . . . . . 210 B.5.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 B.5.2 Cav1-SUVs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 B.5.3 Run Sucrose Gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 B.5.4 TCA precipitation and Western Blot . . . . . . . . . . 212 B.5.5 SDS Page . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 B.5.6 Western Blot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 / Cavéoles sont des invaginations caractéristiques de la membrane plas- mique présents dans beaucoup de types cellulaires. Ils sont liées à plusieurs fonctions cellulaires, ce qui sont encore débattues. Prenant compte de l importance des cavéoles dans les cellules soumises au stress mécanique, les cavéoles sont proposées de constituer un réservoir membranaire et de tamponner la tension membranaire pendant des stresses mécaniques. Cette étude a eu le but de tester cette hypothèse expérimentalement. En premier, l in uence des cavéoles sur la tension membranaire au repos a été étudiée sur des cellules endothéliales du poumon de la souris. Puis, on a montré que les cavéoles tamponnent l augmentation de la tension membranaire après l application d un stress mécanique. En suite, la réalisation des vésicules membranaires contenant des cavéoles a permit de montrer leur rôle comme réservoir membranaire dans un système simpli é. Finalement, dans un contexte physiologiquement plus relevant, l étude des cellules musculaires a montrée que les mutations du cavéolin associées aux dystrophies musculaires rendent les cellules moins résistante aux stresses mécaniques. En conclusion, cette étude supporte l\''hypothèse que les cavéoles tamponnent la tension membranaire pendant des stresses mécaniques. Le fait que cela se passe dans les cellules et les vésicules indépendamment d ATP et du cytosquelette révèlent un processus passif et mécanique. Cela pourrait servir à une meilleure compréhension du rôle des cavéoles dans la cellule et les maladies génétiques comme les dystrophies musculaires.:I Introduction 9 1 Physical Description of Cellular Membranes 11 1.1 Membrane Physics at Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1.1 Elastic Membrane Properties . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.2 Mathematical Description of the Membrane . . . . . . 16 1.1.3 Membrane Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2 Techniques to Measure Mechanical Properties of Membranes . 20 1.2.1 The Micropipette Aspiration Technique . . . . . . . . . 21 1.2.2 Tether Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.2.3 Force and Radius of a Tether . . . . . . . . . . . . . . 25 2 From Vesicles to Cells 30 2.1 Structure of the Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2 Cytoskeleton of Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.1 Actin Filaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.2.2 Actin Cortex Impairing Drugs . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3 Cellular Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4 Membrane Area and Membrane Tension Regulation . . . . 39 2.5 Tether Extraction From Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3 Caveolae 44 3.1 The De nition of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2 The Caveolin Protein Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.1 The Structure of Caveolin . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3 The Cavin Protein Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.1 Cavin1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.2 Cavin2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.3 Cavin3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3.4 Cavin4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 13.4 The Assembly of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . .54 3.4.1 Caveolin is Synthesized in the Endoplasmic Reticulum, and Assembles in The Golgi Apparatus .54 3.4.2 Cavin Enters the Stage for Caveola Formation . . . . . 56 3.4.3 The Lipid Composition of Caveolae . . . . . . . . . . . 59 3.5 Caveolae Are Stable Structures at the Plasma Membrane . . 60 3.6 Endocytosis of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.7 Caveolae/Caveolin Proteins and Signaling Processes . . . . . 62 3.7.1 Ion-pumps in Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.7.2 Regulation of eNOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.8 Caveolae in Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . .. . . . 64 3.8.1 Interaction Partners of Cav3 in Myotubes . . . . . . . 64 3.8.2 Muscular Dystrophies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4 Mechanical Role of Caveolae 74 II Materials and Methods 82 5 Cells and Reagents 84 5.1 Cell Types and Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.1.1 HeLa-PFPIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.1.2 Mouse Lung Endothelial Cells . . . . . . . . . . . . . . 85 5.1.3 Mouse Embryonic Fibroblast . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.4 Human Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.2 Treatments Altering the Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.1 Expression of Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.2 Altering Actin Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.3 ATP depletion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.4 Cholesterol Depletion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.3 Vesicles out of Cellular Plasma Membranes . . . . . . . . . . . 91 5.3.1 Giant Plasma Membrane Vesicles (GPMV) . . . . . . . 93 5.3.2 CytochalasinD-Blebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.3.3 Plasma Membrane Spheres (PMS) . . . . . . . . . . . . 94 6 Experimental Set-Up 96 6.1 Tether Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1.1 Epi-OT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1.2 Con-OT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.1.3 Cell Stage and Pipette Holder . . . . . . . . . . . . . . 102 6.1.4 Hypo-osmotic Shock System . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.1.5 Fabrication of Micropipettes . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.1.6 Aspiration Control System . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.1.7 Beads and Bead-coatings . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.1.8 Online Tracking with MatLab . . . . . . . . . . . . . . 108 6.1.9 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.2 TIRF-microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6.2.1 TIRF Set-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 III Results 115 7 Tether Extraction From Adherent Cells 117 7.1 Typical Tether Force Traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.2 Preliminary Remarks and Comments on the Relation Between Tether Force and Membrane Tension on Cells . . . . . . . . 120 8 Do Caveolae Contribute to Setting the Resting Cell Tension? 123 8.1 The E ective Tension of MLEC is A ected by the Presence Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.2 The E ective Tension in MEFs Does not Depend on the Presence of Caveolae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 8.3 Challenging the E ective Cell Tension by Chemical and Biological Treatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 8.3.1 Alterations of the Cytoskeleton Decrease the E ective Cell Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 8.3.2 ATP depletion Decreases the Membrane Tension . . . . 130 8.3.3 Interaction of Cav1 with Src-kinase . . . . . . . . . . . 131 8.3.4 Cav3 Re-establishes the Cell Tension of Cav1−/− MLEC 133 8.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 9 Caveola-mediated Membrane Tension Bu ering Upon Acute Mechanical Stress: Experiments on Cells 137 9.1 Application of Acute Mechanical Stress and Cell Response Observed by TIRF and EM . . . . . . . . . . . 137 9.1.1 Mechanical Stress Leads to the Partial Disappearance of Caveolae from the Plasma Membrane .138 9.1.2 Partial Disappearance of Caveolae Observed by EM . 144 9.2 Membrane Tension Measurements During Hypo-osmotic Shock 147 9.2.1 Caveolae are Required for Bu ering the Tension Surge Due to Hypo-osmotic Shock . . . . . . . . . . . . . . . 147 9.2.2 Clathrin Coated Pits do not Bu er the Membrane Tension 151 9.2.3 Disassembly of Caveolae During Mechanical Stress . . . 153 9.3 Correlation Between the Observed Loss of Caveolae and the Excess of Membrane Area Required to Bu er Membrane Tension 156 10 Caveola-mediated Membrane Tension Bu ering upon Mechanical Stress: Experiments on Plasma Membrane Spheres 159 10.1 Plasma Membrane Spheres Contain Caveolae and Are Devoid of Actin Filaments . . . . . 161 10.1.1 Production of PMS from HeLa-PGFPIG . . . . . . . . 161 10.1.2 Production of PMS from MLEC . . . . . . . . . . . . . 163 10.2 Micropipette Aspiration of PMS Induces Disassembly of Caveolae 166 10.2.1 Quantitative Analysis of Micropipette Aspiration of PMS 167 11 Experiments on Muscle Cells The Role of Caveolin-3 Mutations in Muscular Dystrophy 174 11.1 Tether Force of Di erentiated Muscle Cells . . . . . . . . . . . 176 11.2 Reaction of Myotubes with Cav3-Mutations upon Acute Mechanical Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 11.3 Contracting Myotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181 IV Discussion 182 12 Caveolae as a Security Device for the Cell Membrane 183 12.1 Comparison of Experimental Data with the Theoretical Model (Sens and Turner) . . . . . . . . . 186 13 Mechanical Stress and the Role of Caveolae in Signaling 189 14 Towards a Better Understanding of Muscular Dystrophies 191 15 Other Caveolin Related Diseases 194 V Appendices 196 A Cell Speci c Protocols 197 A.1 General Cell Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 A.1.1 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 A.2 Mouse Lung Endothelial Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.1 Cell Type Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.2 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.3 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 A.2.4 Transfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 A.3 HeLa and Mouse Embryonic Fibroblast Cells . . . . . . . . . . 199 A.3.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 A.3.2 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4 Muscle Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.1 Cell Type Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.2 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 A.4.3 Cell Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 A.4.4 Transfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 B Cav1-Reconstitution in Lipid Vesicles 203 B.1 Puri cation of Cav1-GST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 B.1.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 B.1.2 Puri cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 B.2 puri cation of Cav1-His . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 B.2.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 B.2.2 Puri cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 B.3 Incorporation of Cav1 in Lipid Vesicles . . . . . . . . . . . . . 208 B.3.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 B.3.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4 GUV Electro formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 B.4.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 5 B.5 Check of Cav1 Association with Lipids . . . . . . . . . . . . . 210 B.5.1 Reagents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 B.5.2 Cav1-SUVs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 B.5.3 Run Sucrose Gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 B.5.4 TCA precipitation and Western Blot . . . . . . . . . . 212 B.5.5 SDS Page . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 B.5.6 Western Blot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212