La motilité cellulaire est un processus intégré essentiel à de nombreux phénomènes physiologiques tels que la formation du cône de croissance et la plasticité synaptique. Des dérégulations de la motilité cellulaire peuvent être à l’origine de la formation de métastases ou de pathologies neuropsychiatriques comme la schizophrénie et l'autisme. La compréhension des mécanismes régulant la migration cellulaire est donc un enjeu majeur. La motilité cellulaire repose sur la formation de diverses structures constituées de réseaux d’actine branchés telles que le lamellipode. La formation du lamellipode nécessite l’intervention de protéines régulatrices de l’actine telles que Rac1 et les complexes Wave et Arp2/3. Grâce à l’utilisation de suivi de protéine unique, nous avons pu comprendre comment la coordination spatio-temporelle de ces régulateurs contrôle la formation et la morphologie des lamellipodes de cellules migrantes. Nous avons ainsi découvert que l’activation et la localisation du complexe Wave étaient régulées de manière enzymatique mais également mécanique. Dans une première étude, nous avons montré que la RhoGTPase Rac1 active le complexe Wave spécifiquement à l’extrémité du lamellipode. Dans une seconde étude, nous avons révélé que la localisation du complexe Wave est régulée par la dynamique des filaments des réseaux branchés d’actine. Ces données soulignent l’importance du complexe Wave dans la formation du lamellipode et révèlent l’existence d’une régulation mécanique de la localisation du complexe Wave. / Cell motility is an integrated process involved in critical phenomena such as axonal pathfinding and synaptic plasticity. Dysregulation of cell motility can induce metastasis and abnormal spine shapes observed in neuropsychiatric disorders like autism and schizophrenia. Therefore it is essential to understand how cell motility is regulated. Cell motility requires the formation of branched actin networks propelled by actin polymerization that lead to the formation of membrane protrusions such as the lamellipodium. Several actin regulatory proteins are involved in this process, such as Rac1 and the WAVE and ARP2/3 complexes. Using single protein tracking, we revealed key phenomena concerning the spatio-temporal regulation of lamellipodium formation by actin regulatory proteins. We found that the localization and activation of the WAVE complex was enzymatically regulated, but also mechanically. First, we showed that the Rac1 RhoGTPase activates the WAVE complex specifically at the tip of the lamellipodium. We also showed that WAVE complex localization is regulated by the dynamics of branched-network actin filaments. This study confirms the crucial role of the WAVE complex in lamellipodium formation and reveals the existence of a mechanical regulation of the localization of this complex in the cell.

L’endocytose est le processus qui permet l’entrée spécifique et active dans la cellule du milieu extracellulaire et des substances qu’il contient. Ces dernières années, plusieurs mécanismes d’endocytose ont été identifiés, mais seule la voie impliquant la clathrine a été bien caractérisée. Il a été montré que certains récepteurs de cytokines comme celui de l’interleukine-2 (IL-2) empruntent une voie d’endocytose indépendante de la clathrine. Précédemment, mon laboratoire a identifié huit facteurs impliqués dans cette voie d’entrée dont l’actine et la dynamine. Nous savons notamment que l’activation de la RhoGTPase Rac1 permet l’induction des kinases Pak1 et Pak2 régulant ainsi la cortactine, le recrutement de N-WASP et la polymérisation d’actine nécessaire à l’internalisation de l’IL-2R. Cependant, les facteurs en amont de cette cascade Rac-Pak étaient inconnus et le rôle du cytosquelette d’actine restait mal défini. Les travaux que j’ai effectué durant mon doctorat ont mis en évidence que la PI3K en interagissant avec l’IL-2R, permettait la production locale de PI(3,4,5)P3 qui induisait le recrutement de Vav2; un facteur conduisant à l’activation de Rac1. De plus, j’ai montré que Rac1 activé était ensuite recruté par la PI3K, permettant ainsi l’activation locale de la cascade Rac/Pak lors de l’entrée de l’IL-2R. Ces données, qui ont fait l’objet d’une publication, ont montré que la PI3K n’était pas seulement impliquée dans la signalisation de l’IL-2, mais également dans son endocytose. Par la suite, la réalisation d’un crible par ARNi portant sur l’étude du rôle de 324 protéines humaines lors de l’entrée de l’IL-2R, a permis l’identification de 65 nouveaux facteurs impliqués dans ce mécanisme. Parmi ces protéines, j’ai étudié plus particulièrement le rôle du complexe WAVE connu pour être induit à la membrane plasmique par Rac1 et la PI3K. J’ai confirmé l’implication de ce complexe lors de l’entrée de l’IL-2R et mis en évidence qu’il interagissait avec le récepteur. De plus, cette étude a montré que le complexe WAVE était impliqué précocement dans ce mécanisme, probablement en permettant le recrutement du récepteur aux pieds de protrusions membranaires que le complexe pourrait induire. Cette localisation spécifique du récepteur suggère ainsi un nouveau mécanisme de formation des vésicules d’endocytose dont le puits s’initierait à partir des invaginations existantes à la base des protrusions membranaires. / Endocytosis is a basic and essential process used by eukaryotic cells to internalize, actively and specifically, a wide range of molecules. To date, several endocytic routes have been characterized, but the only well studied pathway is clathrin-dependent. This study focuses on a poorly characterized mechanism, the clathrin-independent endocytosis, used by several cytokine receptors such as the interleukin 2 receptors (IL-2R). Previously, my lab identified 8 factors in this process, most of them are related to actin polymerization and dynamin. We now know that the activation of the RhoGTPase Rac1 is required to induce Paks that regulate cortactin, N-WASP recruitment and actin polymerization essential for IL-2R uptake. However, upstream factors involved in the Rac-Pak cascade were unknown and the actin cytoskeleton function poorly characterised. During my PhD, I showed that IL-2R and the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) interact, leading to the local production of phosphatidylinositol (3,4,5)-triphosphate (PIP3) and the recruitment by this lipid of the RacGEF Vav2, an activator of Rac1. In addition, I showed that activated Rac1 was able to interact with PI3K allowing the local activation of the Rac-Pak cascade during IL-2R entry. These published data highlight the dual role of PI3K as a regulator of both IL-2R endocytosis and IL-2 signaling. In an attempt to identify new actors involved in the endocytosis of IL-2R, I then performed a small interfering RNA (siRNA) screening, targeting 324 proteins involved mainly in membrane deformation. From this screening we identified 65 proteins and among them we found the WAVE complex as a new factor implicated in IL-2R uptake. Interestingly, to be recruited and activated at the plasma membrane, the WAVE complex required Rac1 and PI3K, two proteins essentials during IL-2R entry. First, I confirmed the results obtained from the screening and found that IL-2R can interact with the WAVE complex. In addition, I observed an early involvement of this complex during IL-2R uptake, which could be needed for the localization of the receptor at the basis of plasma membrane protrusions. These results reveal a new model for the formation of endocytic vesicles: IL-2R is recruited at the basis of WAVE-induced membrane protrusions initiating the pit and vesicle.