Se estudió la producción de calor (Ht) y evolución mecánica en ventrículos de rata estimulados electricamente a 1.5 Hz, perfundidos según la Técnica de Langendorff y sometidos a 45 min de isquemia (Isq) y 45 min de reperfusión (Rep). La influencia de la temperatura se evaluó a 25, 30 y 35 °C. Los 4 componentes diferenciables del calor activo (H1, H2, H3 y H4)(Ponce-Hornos y col, Pflugers Arch-Eur J Physiol 429; 1995) se analizaron en contracciones aisladas en los 10 primeros min de Isch. Los músculos se montaron en un calorímetro (Ponce-Hornos y col, Am. J. of Physiol. 243; 1982) que permitió medir Ht y simultaneamente la presión desarrollada en condiciones isovolúmicas (P) y la presión de reposo (PR). <br />A partir de los estudios realizados fue posible descartar procesos que fueron postulados como responsables de la falla cardíaca isquémica e involucrar en medida apropiada a otros. Entre los primeros, fue posible descartar la caída del pH y los cambios en la energía libre del ATP como responsables en etapas muy tempranas. También pudo disociarse la caída de la P respecto de la desaparición de un componente mitocondrial Ca++ dependiente (H4). Entre los segundos, se identificó un evento energético durante la Isch de alto valor predictivo de la disfunción mecánica y/o daño durante la Rep. También, los experimentos dan apoyo a los cambios en la PR como responsables de la abrupta caída en la P al inicio de la Isch. Además, fué posible vincular a la interacción actomiosínica con la mayor fracción de liberación de energía en el período inicial de la Rep. También se asoció la baja recuperación mecánica durante la Rep con altos valores relativos de calor independiente de tensión.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nous avons étudié la croissance de contacts cellulaires asymétriques: les jonctions adhérentes et les contacts focaux. Nous avons montré par des expériences d'imageries, de micromanipulation, et d'altération des assemblages cellulaires, que la brisure de symétrie des jonctions adhérentes entre des cellules apparemment identiques s'explique par des rôles différents du cytosquelette d'actine des deux cellules formant le contact. Une cellule «donneuse» polymérise de l'actine, ce qui amène les membranes cellulaires en contact. La cellule «receveuse» assemble des faisceaux contractiles d'acto-myosine qui exercent localement des forces sur les jonctions et régulent leur longueur. Des courbes de croissance de ces jonctions adhérentes ont par ailleurs été mesurées pour des cellules soumises à des augmentations contrôlées de force contractile par incubation dans le nocodazole. L'ajustement des courbes de croissance expérimentales par des lois théoriques a permis de déterminer les forces contractiles mises en jeu par la cellule «receveuse». Le tracé du diagramme force-extension des jonctions adhérentes a pu donc être réalisé pour la première fois et par une méthode non-invasive. Les approches biologiques pour l'identification des assemblages en jeu et physiques pour l'ajustement des lois de croissance ont l'une et l'autre montré que les contacts entre cellules se renforcent localement à la manière des contacts focaux. Nous avons enfin observé la dynamique interne des contacts focaux en croissance par TIRFM pour différentes protéines participant au contact (fibronectine, intégrine, vinculine, actine) afin de proposer un mécanisme de mécanosension.

L’invasion de la matrice extracellulaire est le premier obstacle que les tumeurs solides rencontrent lors de leur dissémination métastatique. Il existe deux mécanismes principaux: 1) la transition épithélio-mésenchymateuse au cours de laquelle les cellules épithéliales, à l’échelle individuelle, perdent leur cohésion intercellulaire et acquièrent des capacités de motilité pour quitter leur site d’origine ; 2) l’invasion collective dans laquelle des cellules en groupe coopèrent pour migrer collectivement en se frayant un passage à travers le microenvironnement. Dans les modèles murins, on sait maintenant que des groupes ou agrégats de cellules tumorales circulantes issus du détachement de tumeurs primaires présentent une capacité accrue à coloniser des organes à distance. Cependant, les facteurs et mécanismes sous-jacents conduisant au détachement des cellules tumorales en groupe sont peu connus. Pour étudier ces mécanismes, nous avons utilisé des sphéroïdes tumoraux, modèle expérimental tri-dimensionnel (3D), qui mime le microenvironnement ainsi que les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles de la tumeur primaire. Nos résultats indiquent que l'inhibiteur de l’activateur du plasminogène (PAI-1), une protéine matricellulaire trouvée en forte concentration dans les cancers invasifs, favorise le détachement en groupe et l’invasion collective de cellules du cancer du sein (lignée cellulaire MCF7) et du colon (lignée cellulaire HCT116) organisées en sphéroïdes tumoraux. PAI-1 a des propriétés dé-adhésives sur des cellules étalées en monocouche sur des matrices pro-adhésives et génère l’agrégation des cellules entre-elles. Ces cellules conservent leurs caractéristiques épithéliales malgré une modification importante de la dynamique du réseau d'actine.Nos résultats suggèrent que les récepteurs cellulaires de la famille des lipoprotéines de basse densité (LDL-R) sont impliqués dans les propriétés dé-adhésives de PAI-1. Dans la cellule, la transduction du signal passe par les kinases ROCK (kinase associée à la GTPase RhoA) et Janus (JAK), ce qui conduit à une phosphorylation de la chaîne légère de la myosine II (MLC2), nécessaire pour l’activité contractile de la myosine et des facteurs de transcription STAT3. En outre, ROCK, un régulateur connu de la contraction du cytoskelette d’actomyosine, est également impliqué dans l'activation de STAT3. L'inhibition de ROCK ou JAK rétablit l’adhésivité des cellules en 2D et réduit leur migration en 3D. Nos données suggèrent que PAI-1 génère des zones de forte activité contractile membranaire dans les cellules en périphérie de la tumeur via ROCK-MLC2 et JAK-STAT, ce qui promeut le détachement de groupe de cellules hautement invasives. Ce nouvel axe de signalisation fonctionnelle de PAI-1 représente une cible anti-métastatique potentielle. / Invasion of the extracellular matrix is the first obstacle that solid tumours encounter during their metastatic dissemination. There are two main mechanisms: 1) epithelial to mesenchymal transition wherein epithelial cells lose their intercellular cohesion and convert to individual migratory behaviours to escape their point of origin; 2) invasion in a collective manner, in which a group or cluster of cohesive cancer cells detaches from the tumour mass and progressively, pushes its way through the microenvironment. It is now known that circulating tumour cell clusters may result from the evasion of cohesive small groups of cells from tumours and such tumour cell clusters display an increased propensity to colonize distant organs in mouse models. However, the extracellular factor/s and the underlying mechanism that enable cell detachment, as clusters are largely unknown. To study the process of tumour cell detachment and invasion, we used a three-dimensional (3D) multicellular tumour spheroid (MCTS) model, which mimics the microenvironment as well as morphological, functional and symmetric geometry features of the primary tumour. Our results strongly indicate that the plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1), a matricellular protein found in high concentration at the invasive front of most cancers, promotes cancer cell cluster detachment and a collective invasion phenotype within MCTS of breast cancer MCF7 and colon cancer HCT116 cell lines. We found that PAI-1 has a de-adhesive effect which induced a multilayered cell clustering of cells spread out on a pro-adhesive matrices in 2D monolayer cultures. Cells retained their epithelial characteristics and membrane-localized E-cadherin despite significant modification of actin dynamics. PAI-1 functions as a de-adhesive molecule most likely involved low-density lipoprotein receptors at the cell surface. We report that the downstream intracellular events may be mediated through the Rho-associated kinase (ROCK) and Janus kinases (JAK) signalling pathway, resulting in phosphorylation of either myosin light chain 2 (MLC2), which is required for myosin II-mediated contractility or STAT3 transcription factors. In addition, ROCK, a known contributor to actomyosin contractility is involved in STAT3 phosphorylation and activation. Inhibition of ROCK and JAK restored adhesion of cells on 2D substratum and reduced their migration/invasion within 3D MCTS model. Our data support a model in which PAI-1 generates actomyosin contractility and high membrane activity at the tumour periphery in a JAK-STAT/ROCK-MLC2 dependent manner promoting the detachment of highly invasive cell clusters. This novel axis of functional signalling of PAI-1 is a potential anti-metastasis target.

L'ICAP-1 est impliqué dans la dynamique de l'intégrine et la génération de force en contrôlant l'endocytose de l'intégrine grâce à la scission dépendant de nm23 des puits endocycliques recouverts de chlatrine.L'ICAP-1 a été identifié comme un partenaire spécifique de l'intégrine b1 (Degani et al., 2002, Zhang et Hemler, 1999). Nous avons déjà montré que l'ICAP-1 est impliqué dans la réponse mécanisée aux cellules et la différenciation cellulaire d'une manière dépendante de l'intégrine b1 (Bouvard et al., 2007; Brunner et al., 2011; Faurobert et al., 2013; Millon-Frémillon et al. , 2008; Renz et al., 2015). Cependant, comme ICAP-1 est également capable d'adapter la migration cellulaire en réponse à la rigidité du substrat d'une manière indépendante de la β1-intégrine (Bouin et al., 2017), nous avons spéculé sur un rôle plus général de l'ICAP-1 dans l'adhésion cellulaire et dynamique d'adhérence focale. Pour cela, nous avons créé un environnement cellulaire où l'intégrine b1 et / ou l'ICAP-1 étaient absentes en utilisant quatre lignées cellulaires: les ostéoblastes WT, les cellules ostéoblastes KO de l'intégrine b1, les cellules ostéoblastes KAP ICAP-1 et les cellules ostéoblastes double KO b1 / ICAP-1 afin de surveiller le comportement de l'intégrine b3. Comme prévu, l'épuisement de l'intégrine b1 est associé à la perte d'étalement cellulaire et à la génération de force selon la mesure de la microscopie par force de traction. De manière surprenante, la suppression supplémentaire de ICAP-1 (b1 intégrine et ICAP-1 KO) conduit à la restauration de l'étalement cellulaire et de la génération de force qui dépend de l'intégrine b3. Ces forces médiées par l'intégrine b3 sont corrélées avec la diffusion lente de l'intégrine b3 dans les sites d'adhésion et le renouvellement lent de l'adhésion focale contenant l'intégrine b3 (FRAP / TIRF / vidéomicroscopie). Nous avons abordé la question de savoir si ICAP-1 pourrait réguler l'endocytose de l'intégrine b3 puisque ICAP-1 interagit avec nm23-H2 (Fournier et al., 2002), un nucléoside diphosphate kinases (NDPK) impliqué dans l'endocytose à médiation par dynamine en produisant du GTP à travers l'adénosine triphosphate (ATP) de conversion du diphosphate de guanosine (PIB) (Boissan et al., 2014). Nous montrons que la suppression de nm23 ou de dynamine ou de chlatrine dans les cellules épuisées dans l'intégrine b1 est capable d'imiter la perte combinée de l'intégrine b1 et de l'ICAP-1 en rétablissant l'étalement cellulaire, la génération de force et la dynamique de l'intégrine b3. Pour confirmer l'implication de l'ICAP-1 dans l'endocytose de l'intégrine b3, nous montrons que l'absorption de l'anticorps de l'intégrine b3 est efficacement bloquée dans les cellules épuisées dans ICAP-1. Nos résultats suggèrent que ICAP-1 pourrait être impliqué dans la dynamique de l'intégrine et la génération de force en contrôlant l'endocytose de l'intégrine grâce à la scission dépendant de nm23 des puits endocytaires de la couche de chlatrine. / ICAP-1 is involved in integrin dynamics and force generation by controlling integrin endocytosis through nm23-dependent scission of endocytic chlatrin coated pits.ICAP-1 has been identified as a specific partner of b1 integrin (Degani et al., 2002; Zhang and Hemler, 1999). We have previously shown that ICAP-1 is involved in cell mechanoresponse and cell differentiation in a b1 integrin dependent manner (Bouvard et al., 2007; Brunner et al., 2011; Faurobert et al., 2013; Millon-Frémillon et al., 2008; Renz et al., 2015). However, as ICAP-1 is also able to adapt cell migration in response to substrate stiffness in a β1-integrin-independent manner (Bouin et al., 2017), we speculated on a more general role of ICAP-1 in cell adhesion and focal adhesion dynamics. For this purpose we have created cellular environment where b1 integrin and/or ICAP-1 were absent by using four cell lines: WT osteoblast, b1 integrin KO osteoblast cells, ICAP-1 KO osteoblast cells and double KO b1/ICAP-1 osteoblast cells in order to monitor b3 integrin behavior. As expected, depletion of b1 integrin is associated with the loss of cell spreading and force generation according traction force microscopy measurement. Surprisingly, the supplementary deletion of ICAP-1 (b1 integrin and ICAP-1 KO) leads to restoration of cell spreading and force generation which are dependent on b3 integrin. These b3 integrin-mediated forces are correlated with slow diffusion of b3 integrin within adhesion sites and slow turnover of b3 integrin containing focal adhesion (FRAP/TIRF/videomicroscopy). We addressed the question whether ICAP-1 might regulate b3 integrin endocytosis since ICAP-1 interacts with nm23-H2 (Fournier et al., 2002), a nucleoside diphosphate kinases (NDPKs) involved in dynamin-mediated endocytosis by producing GTP through adenosine triphosphate (ATP)–driven conversion of guanosine diphosphate (GDP) (Boissan et al., 2014). We show that the deletion of either nm23 or dynamin or chlatrin in cells depleted in b1 integrin is able to mimic the combined loss of b1 integrin and ICAP-1 by restoring cell spreading, force generation and b3 integrin dynamics. To confirm the involvement of ICAP-1 in b3 integrin endocytosis, we show that the b3 integrin antibody uptake is efficiently blocked in cells depleted in ICAP-1. Our results suggest that ICAP-1 might be involved in integrin dynamics and force generation by controlling integrin endocytosis through nm23-dependent scission of endocytic chlatrin coated pits.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le vieillissement de la population fait en sorte que la mortalité liée aux maladies cardiovasculaires et en particulier à la défaillance cardiaque est de plus en plus élevée. Bien que l'atteinte de la perfusion coronarienne soit reconnue comme un facteur favorisant l'apparition des déficits contractiles de la défaillance cardiaque, les mécanismes impliqués dans les dysfonctions coronariennes ont été peu étudiés. La connaissance de ces mécanismes est primordiale pour l'élaboration d'une thérapeutique adéquate permettant de traiter la maladie et d'améliorer la qualité de vie de ces patients. Des controverses existent quant à la contribution de la voie de l'endothéline-1 (ET-1) dans la défaillance cardiaque et son implication dans les déficits coronariens n'a pas été établie. Nous avons donc étudié l'action de l'ET-1 au niveau de la réactivité coronarienne et de la contractilité cardiaque dans un modèle d'insuffisance cardiaque chronique. Des cœurs de hamsters cardiomyopathiques (UM-X7.1) et des cœurs provenant de hamsters syriens normaux âgés de plus de 200 jours ont été utilisés. Les cœurs ont été isolés et perfusés à débit constant (5-10 ml/min) selon la méthode de Langendorff. La pression de perfusion coronarienne (PPC), la pression ventriculaire gauche développée et la fréquence cardiaque furent évaluées. Des courbes dose-réponse de la réactivité coronarienne à l'ET-1 ont été construites pour les cœurs normaux et défaillants. La sensibilité coronarienne à l'ET-1 est similaire pour les deux groupes (EC50) et la réponse maximale était identique. L'infusion du phosphoramidon, du BQ 788 (antagoniste des récepteurs ETB) ou du BQ 123 (antagoniste des récepteurs ETA) ne modifie pas la PPC. Ces observations suggèrent que l'ET-1 n'est pas impliquée dans l'expression des dysfonctions coronariennes observables dans ce modèle de défaillance cardiaque. L'infusion du BQ 788 ne modifie pas la réponse à l'ET-1 exogène, suggérant une implication peu importante des récepteurs ETB dans l'action vasoconstrictrice de l'ET-1. Par contre, la réponse vasoconstrictrice à l'ET-1 est complètement abolie par l'infusion du BQ 123 dans les cœurs normaux tandis que l'addition du BQ 788 est nécessaire pour abolir cette réponse dans les cœurs défaillants. Ces observations suggèrent une implication de l'activation des récepteurs ETB en présence d'un antagoniste des récepteurs ETA ou encore un déséquilibre entre l'activation des récepteurs ETB endothéliaux et musculaires lisses dans les cœurs défaillants. La diminution significative de la contractilité cardiaque observée avec l'utilisation du phosphoramidon et du BQ 123 révèle que l'ET-1 endogène participe au maintien de la contractilité cardiaque. Les récepteurs ETA seraient impliqués dans l'action inotrope de l'ET-1 alors que les récepteurs ETB ne semblent pas importants puisque l'infusion du BQ 788 n'a pas d'effet significatif sur la contractilité cardiaque. Nous suggérons que l'utilisation d'un inhibiteur de la synthèse de l'ET-1 ou d'un antagoniste des récepteurs ETA pourrait comporter un risque pour des patients dont la fonction cardiaque est altérée. Il semble impératif de développer de nouveaux antagonistes de l'ET-1 qui soient vasosélectifs et de la sorte garantir un usage sécuritaire chez ces patients.

Le développement de traitements thérapeutiques du cancer du sein reste limité par le niveau de connaissance des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués lors du développement normal et tumoral de la glande mammaire. L’épithélium mammaire est entouré d’une matrice extracellulaire (MEC) organisée, la membrane basale, dont le constituant principal est la laminine. Des études ont montré que les interactions entre les cellules mammaires et la MEC, dépendantes des intégrines, jouent un rôle majeur dans le développement et la tumorigenèse mammaires. Ces études n’ont cependant pas permis de déterminer les hétérodimères d’intégrine spécifiquement impliqués. Dans ce contexte, mon projet de thèse a visé à définir le rôle joué par les intégrines liant la laminine (dimères contenant les sous-unités 3 et/ou 6) dans le développement mammaire, dans le maintien de cellules souches mammaires fonctionnelles dans la glande adulte et dans le développement tumoral. Les résultats de mon travail suggèrent que :(i) l’intégrine 31 présente une fonction unique au cours de la lactation. Les mécanismes moléculaires impliqués en aval de 31 font intervenir la voie FAK/Rac1/PAK1 menant à l’inhibition de la MLCK, nécessaire à la relaxation des cellules myoépithéliales mammaires et permettant de nouveaux cycles de contraction. (ii) les interactions régulées par les intégrines entre les cellules basales mammaires et la laminine sont essentielles pour régénérer l’épithélium mammaire. Cependant, les intégrines 3 et 6 présentent des fonctions redondantes dans les cellules souches mammaires. (iii) l’intégrine 31 joue un rôle clef dans le développement tumoral mammaire. L’intégrine 31 active des voies de signalisation intracellulaires FAK/Rac1/PAK1, MAPK et JNK qui favorisent la survie et la prolifération des cellules tumorales. Ensembles, ces données permettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans le développement mammaire, la fonction de la glande adulte et la tumorigenèse. / The improvement of breast cancer therapy requires thorough analysis of the pathways leading to tumorigenesis and clear understanding of the molecular and cellular mechanisms involved in normal mammary gland development. Mammary epithelium is surrounded by a specifically organized extracellular matrix (ECM), basement membrane, and secreted glycoproteins, laminins, are among its major constituents. Integrin-mediated interactions between mammary epithelial cells and ECM have been shown to play an essential role in the control of mammary development and tumorigenesis. However, specific roles played by distinct integrin heterodimers are yet poorly understood. My thesis project aimed to define the functions of laminin-binding integrins, i.e., heterodimers, containing 3 or 6 subunits, in normal mammary gland development, in control of mammary stem and progenitor cell functions in adult gland, and in mammary tumorigenesis. The results of my work suggest that: (i31 integrin has a unique function in the control of the myoepithelial cell contractile activity during lactation; it contributes to the activation of the FAK/Rac1/PAK1 pathway leading to MLCK inhibition required for myoepithelial cell relaxation, thereby, permitting further contractile cycles. (ii) integrin-mediated interactions of mammary basal cells with laminins are essential for the regeneration of the mammary epithelium. However, 31 and 6-contaning integrins have redundant functions in mammary stem cells.(iii) 31 integrin plays a major role in mammary tumorigenesis, it promotes survival and proliferation of tumor cells activating intracellular signaling pathways involving FAK/Rac1/PAK1, MAPK and JNK pathways. Altogether, these data provide new insights into the molecular mechanisms of mammary development, adult gland function and tumorigenesis.

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.

Les épithéliums jouent le rôle de barrière physique et chimique chez les Métazoires. Les épithéliums subissent des remodelages pendant l’embryogénèse. La morphogénèse des tissus est dirigée par des déformations cellulaires coordonnées fonctionnant grâce à des réseaux contractiles intracellulaires constitués d’actine et de myosine. Ce réseau d’actomyosine peut être soit pulsatile, soit stable. Un exemple est l’élongation de l’ectoderme ventro-latéral par intercalation cellulaire, le long de l’axe antéro-postérieur (AP) de l’embryon de la Drosophile. Les jonctions parallèles à l’axe dorso-ventral (DV) rétrécissent et forment de manière irréversible de nouvelles jonctions parallèles à l’axe AP. Des pulsations de myosine-II (Myo-II) médio-apicale se déplacent de manière anisotrope vers les jonctions parallèles à l’axe DV. Ceci provoque le rétrécissement graduel des jonctions, rétrécissement stabilisé par une population de Myo-II polarisée dans le plan du tissu et enrichie au niveau de ces jonctions. Les mécanismes cellulaires qui régulent la pulsatilité, la stabilité et la polarité de la Myo-II restent à élucider. Lors de ma thèse, j’ai identifié de nouveaux effecteurs régulant l’activation et la polarité planaire de la voie Rho1-Rok-Myo-II aux niveaux des jonctions. J'ai d'abord caractérisé le rôle de la kinase Misshapen dans l’activation polarisée de la voie Rho1 au niveau des jonctions. Misshapen agit en aval de la signalisation GPCR afin de favoriser l’activation de Rho1 et contrôle la polarisation de cette activation en transmettant l’information des récepteurs Toll. Puis j'ai identifié Pebble comme la RhoGEF régulant Rho1 et l'accumulation de Myo-II aux jonctions. / Epithelial build up strong mechanical and chemical barriers in Metazoans. Epithelia can be dramatically remodeled during embryogenesis. Tissue morphogenesis is driven by coordinated cellular deformations which are powered by intracellular contractile networks constituting actin and Myosin. Actomyosin networks can either be pulsatile or stable. One example is the elongation of the ventral-lateral ectoderm by cell intercalation, along antero-posterior (AP) axis of Drosophila embryo. Junctions parallel to the dorso-ventral (DV) axis shrink and form new junctions along AP axis. Medial apical Myosin-II (Myo-II) pulses flow anisotropically towards junctions aligned in DV axis, resulting in steps of junction shrinkage which are stabilized by a planar-polarized pool of Myo-II enriched at these junctions. Sequential deformation and stabilization drive irreversible tissue deformations akin to a ratchet. The cellular mechanisms that regulate Myo-II pulsatility, stability and polarity remained to be unfurled. During my PhD, I identified new regulators for Rho1-Rok-Myo-II pathway at junctions, and Myo-II planar polarity. On the one hand, I characterized the function of Misshapen kinase in polarized activation of Rho1 pathway at junctions. Misshapen acts downstream GPCR signaling to enhance Rho1 activation, and controls the polarization of this activation by transducing information from Toll receptors. Also, I identified Pebble as RhoGEF regulating Rho1 at junctions and Myo-II accumulation.

Les interactions cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire (MEC) sont cruciales pour entretenir la cohésion tissulaire. Ces deux types d'adhésions sont fonctionnellement interconnectés par un dialogue permanent qui met en jeu des voies de signalisation convergentes régulant notamment l'architecture et la contractilité du cytosquelette d'acto-myosine sous-jacent. Ce dialogue permet d'établir un équilibre de forces intracellulaires en réponse à la tension appliquée par le milieu extérieur. L'endothélium des vaisseaux sanguins est un tissu soumis à des conditions mécaniques particulières. En plus des compressions intercellulaires subies par tout épithélium, les cellules endothéliales (CEs) doivent également subir et résister aux forces hémodynamiques du flux sanguin et à la rigidité de la lame basale – deux signaux mécaniques agissant de part et d'autre de l'endothélium. Les Cerebral Cavernous Maformations (CCM) ou encore angiomes caverneux sont des lésions vasculaires hémorragiques d'origine génétique qui se développent au niveau des capillaires du système nerveux central et qui se caractérisent par des défauts dans l'environnement proche des CEs. La perte des jonctions intercellulaires et du recouvrement par les cellules murales, l'organisation aberrante de la membrane basale aussi que la stagnation du flux sanguin sont les caractéristiques des CCM. C'est pourquoi nous avons choisi cette pathologie comme modèle intéressant de mécanotransduction mettant en jeu le dialogue entre les intégrines et les cadhérines. En effet, les trois gènes indifféremment mutés dans cette pathologie codent pour des protéines, CCM1-3, qui s'associent en un complexe ternaire et qui sont reconnues comme des acteurs importants de la régulation des jonctions adhérentes. Des études moléculaires et protéomiques montrant que le complexe CCM interagit avec la protéine ICAP-1, un régulateur négatif de l'intégrine β1, nous ont conduit à formuler l'hypothèse selon laquelle ce complexe jouerait un rôle pivot dans la signalisation croisée entre ces intégrines et cadhérines. Les études effectuées pendant ma thèse ont démontré que les protéines CCM régulent l'homéostasie tensionnelle médiée par les structures d'adhérence intercellulaires et à la MEC par leur action inhibitrice sur l'intégrine β1 et en controlant une balance d'activité entre les deux isoformes de ROCK, ROCK1 et ROCK2. Nous avons montré que, suite à la perte des protéines CCMs, la suractivation de l'intégrine β1 augmente la sensibilité des CEs aux signaux mécaniques comme la rigidité de la MEC ou les forces hémodynamiques du flux sanguin. Il en résulte une suractivation de la contractilité cellulaire dépendante de ROCK1 déclenchant une boucle de rétrocontrôle mécanique conduisant à l'amplification des tensions intra- et extracellulaire et brisant ainsi l'homéostasie tensionnelle pour favoriser le phénotype malin. / Cell-cell or cell-matrix interactions have crucial roles in the maintenance of the physical cohesion of any tissue. In addition, growing body of evidence indicates that these two adhesion systems do not act independently, but rather are functionally interconnected by a permanent crosstalk. This dialog usually operates via common molecules that trigger convergent signaling as well as by actomyosin network which, by providing physical link, contributes to establishment of intracellular force counterbalancing tension applied by extracellular surrounding. Blood vessels endothelium is a particular tissue in term of mechanical conditions. Apart from intracellular compression, endothelial lining needs to resist hemodynamic forces as well as rigidity of the basal membrane - two mechanical inputs acting from opposite sides of the endothelial layer. Cerebral Cavernous Malformation (CCM) is a sporadically acquired or inherited disease of venous capillaries within neuro-vascular unit characterized by defects in all aspects of local microenvironment. Loss of intra-endothelial junctions and mural cell coverage, aberrant organization of basal lamina as well as stagnant blood flow are features of CCM lesions. Thereby, CCM became for us an interesting model to study mechanotrasduction process and in this context, the cross-talk between integrin and cadherin mediated adhesion structures. Indeed, CCM proteins are well recognized players involved in a control of VE-cadherin mediated intracellular junctions. In addition, CCM1 was found to interact with ICAP-1, a negative regulator of β1 integrin, raising the possibility that this complex most likely acts as molecular node regulating β1 integrin/ VE-cadherin convergent signaling pathways.Studies performed during this thesis have demonstrated that CCM complex coordinates cadherin- and integrin-mediated tensional homeostasis by repressing β1 integrin activation and maintaining a balance of activity between the two isoforms of RhoA-associated kinases ROCK1 and ROCK2. We have found that β1 integrin sustained over-activation upon CCM proteins loss contributes to increased ECs sensitivity to mechanical cues, such as ECM physical reorganization or hemodynamic force that in turn activates ROCK1-dependent contractility. This establishes a positive feedback mechanical loop that breaks tensional homeostasis and switches on the malignant phenotype.