Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Chaque cellule d'un animal possède le même génome. Pourtant, ces cellules peuvent avoir des formes et des phénotypes très différents. Or, il a été démontré que l'environnement mécanique peut influencer la forme et même le phénotype cellulaire. On peut donc se demander comment une cellule acquiert une forme, et quelle place joue l'environnement mécanique dans ce processus. Dans cette thèse, nous avons étudié l'étalement précoce de fibroblastes, événement au cours duquel ces cellules passent d'une forme sphérique, où aucune tension n'est transmise au substrat, à une forme étalée, où les cellules compriment le substrat en transemttant leur tension interne à travers des agrégats de protéines que l'on nomme complexes d'adhésion. Afin de déterminer comment la formation de ces complexes corrèle avec la tension tranmise au substrat pendant l'étalement, nous avons mis au point un dispositif capable de mesurer les forces de traction cellulaire en géométrie uniaxiale et d'imager la réorganisation des complexes d'adhésion. Ainsi, nous avons pu montrer que lorsque l'étalement est rapide, la force est nulle et aucun complexe d'adhésion n'est formé. Puis la force commence à croître suivie des adhésions, tandis que l'étalement se fait plus lent. La transition entre ces deux phases semble gouvernée par un changement de forme du corps cellulaire lorsque l'angle qu'il forme avec le substrat dépasse 90°. Nous avons ensuite cherché à savoir comment l'environnement mécanique des cellules pouvait affecter ce scénario en faisant varier la raideur de notre senseur de force, puis en comparant la forme du contact adhésif lorsque la cellule s'étale sur une plaque et entre deux plaques.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est la conséquence de la perte de la dystrophine, protéine sous membranaire indispensable au maintien mécanique et fonctionnel du sarcolemme. Cette déficience augmenterait les influx cationiques par des microruptures de la membrane ou par la dérégulation de canaux tels que les canaux activés par l'étirement (SACs: Stretch-activated channel). Dans ce travail, les effets d'une stimulation mécanique ont été explorés sur des cardiomyocytes dans le contexte pathologique de la cardiomyopathie dilatée associée à la DMD. L'utilisation de fibres de carbone a permis de réaliser un étirement axial similaire aux conditions physiologiques de remplissage ventriculaire. Dans ces conditions, l'exploration de la topographie membranaire par la microscopie de conductance ionique à balayage n'a montré aucune évolution de la surface ni de lésion du sarcolemmel dans les conditions d'étirement. L'étude s'est donc focalisée sur l'activité de candidats moléculaires des SACs et plus particulièrement ceux appartenant à la famille des TRPs (Transient Receptor Potential) dans le dérèglement de l'homéostasie calcique induite par l'étirement. Les influx cationiques évalués par la technique d'extinction de fluorescence et l'étude de la concentration intracellulaire de Ca2+ ([Ca2+]i) grâce à la sonde Fluo8 montrent une implication des canaux TRPV2 et TRPCs. Les premiers semblent responsables d'une entrée cationique et d'une augmentation de [Ca2+]i importante dans les cardiomyocytes mdx. Les seconds, bien que responsables d'un influx, ne participeraient pas à l'augmentation de [Ca2+]i. Ces résultats révèlent que les canaux TRPV2 pourraient jouer un rôle important dans la dérégulation calcique observée dans les cardiomyocytes déficients en dystrophine. / Duchenne muscular dystrophy (DMD) is the consequence of the loss of dystrophin, a subsarcolemmal protein essential for mechanical and functional maintenances of the sarcolemma. This deficiency could increase cationic influxes by membrane microruptures or by dysregulation of channels such as stretch-activated channels (SACs). In this work, the effects of a mechanical stretch were explored on cardiomyocytes in the pathological context of dilated cardiomyopathy associated with DMD. Using carbon fibers, an homogenous axial stretch was performed to mimic physiological conditions of ventricular filling. In these conditions, exploration of membrane topography using the scanning ion conductance microscopy did not show any surface evolution or sarcolemma disruption in stretch condition. The study was thus focused on activity and identification of molecular candidates for SACs, especially the TRPs (Transient Receptor Potential) channels in the stretch-induced. Ca2+ homeostasis dysregulation. Cationic influxes assessed by Mn2+-quenching and assessment of the intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) using fluo-8 fluorescence demonstrated an involvement of TRPV2 and TRPCs channels. The first ones seem to be responsible for cationic entry and [Ca2+]i increase in mdx cardiomyocytes. The latter, though responsible for an influx, do not contribute to [Ca2+]i increase. These findings reveal that TRPV2 channels could play an important role in calcium dysregulation observed in dystrophin-deficient cardiomyocytes.

Les cellules dans la nature se développent dans un large éventail de formes, suivant divers modèles de croissance. Malgré l'importance de ces processus fondamentaux, la façon dont les cellules régulent leur croissance et leur morphogenèse est encore mal comprise. Dans cette thèse, j'ai exploré ces aspects, avec une approche principalement biomécanique, en concentrant mes investigations sur des cellules à paroi à croissance de pointe et en exploitant en particulier la levure fissipare Schyzosaccharomyces pombe. J'ai d'abord développé de nouvelles méthodes pour mesurer les paramètres mécaniques clés de la paroi cellulaire in vivo et à grande échelle, ce qui a permis les premières observations de la dynamique des parois cellulaires. Ceci a révélé que la paroi cellulaire est plus souple et très variable au niveau des pôles de croissance, et presque stable et plus rigide dans les sites non cultivés. Au cours de l'allongement, il existe une interaction entre la mécanique des parois et la croissance cellulaire, dont le contrôle actif permet l'expansion cellulaire tout en préservant l'intégrité des cellules. De plus, j'ai observé qu'il existe une forte corrélation entre la mécanique des parois cellulaires et la morphologie cellulaire, et des perturbations des propriétés de la paroi affectent directement l'établissement et la maintenance de la forme. Ensemble, mes résultats montrent que la régulation de la paroi est fondamentale dans la détermination de la dynamique cellulaire dans les cellules à parois épaissies. Globalement, cela suggère que l'observation dynamique de la mécanique de surface cellulaire est essentielle pour une compréhension complète des processus multifactoriels et complexes comme la croissance et la morphogenèse. / Cells in nature develop in a wide range of forms, following diverse growth patterns. Despite the importance of these fundamental processes, how cells regulate their growth and morphogenesis is still poorly understood. In this thesis, I explored these processes, focusing my investigations on tip growing walled cells and in particular, by exploiting the fission yeast Schyzosaccharomyces pombe, adopting a mainly biomechanical approach. To this aim, I first developed novel methods to measure key cell wall mechanical parameters in vivo and in large scale, which allowed the very first observations of cell wall dynamics. This revealed that the cell wall is softer and highly variable at growing poles, and almost stable and stiffer at non-growing sites. During elongation, there is an interplay between wall mechanics and cell growth, whose active control allows cell expansion while preserving cell integrity. In addition, I observed that there is a strong correlation between cell wall mechanics and cell morphology, and ectopic perturbations of wall properties directly affect shape establishment and maintenance. Together my results show that the regulation of wall mechanics is fundamental in the determination of cell dynamics in tip growing walled cells. Moreover, this suggests that dynamic observation of cell surface mechanics is crucial for a complete understanding of multifactorial and complex processes as growth and morphogenesis.