Les cellules Natural Killer (NK) sont des lymphocytes du système immunitaire inné capables de tuer des cellules cibles et de produire des cytokines telles que l'interféron-γ. Au cours de mon travail de thèse, j'ai utilisé des approches de génétique directe et inverse dans le but d'étudier les mécanismes impliqués dans la régulation des capacités effectrices des cellules NK. La tolérance des cellules NK au soi est en partie assurée par les récepteurs inhibiteurs de surface qui sont spécifiques des molécules du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CMH-I) exprimées par les cellules du soi. Cependant, des cellules NK qui ne sont pas capables de détecter l'expression du CMH-I ne sont pas autoréactives. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons cherché à déterminer, chez la souris, les mécanismes de la tolérance NK, indépendante de la reconnaissance du CMH-I, qui est associée à une hyporeactivité des cellules NK. En utilisant des techniques de spectrométrie de fluorescence par corrélation à spot variable (svFCS), nous avons montré que dans les cellules NK hyporéactives les récepteurs activateurs et inhibiteurs sont confinés à la membrane plasmique par des réseaux structurés d'actine. A l'inverse, la reconnaissance par les cellules NK du CMH-I, qui « éduque » les cellules NK pour qu'elles acquièrent leurs capacités effectrices maximales, est associée une relocalisation des récepteurs activateurs au sein de nanodomaines. Ces résultats suggèrent que ce serait le confinement particulier des récepteurs activateurs à la membrane des cellules NK qui assure la tolérance au soi. / Natural killer (NK) cells are bone marrow-derived innate immune lymphocytes able to kill cellular targets and secrete cytokines such as interferon-γ. During my PhD work, I used reverse and forward genetic approaches to dissect the mechanisms involved in the regulation of NK cell effector capabilities at steady state. NK cell tolerance to self is partly ensured by major histocompatibility complex class I (MHC- I)-specific inhibitory receptors on NK cells, which detect MHC-I expression on self-cells and prevent NK cell activation. However, NK cells that do not detect self MHC-I are not autoreactive. In the first part of this PhD work, we sought to determine the mechanism at the basis of this MHC-I independent NK cell tolerance. Using spot variation fluorescence correlation spectroscopy (svFCS), we showed that MHC-I-independent NK cell tolerance in mice was associated with the presence of hyporesponsive NK cells in which both activating and inhibitory receptors were confined in an actin meshwork at the plasma membrane. In contrast, the recognition of self MHC-I by inhibitory receptors "educated" NK cells to become fully reactive, and activating NK cell receptors became dynamically compartmentalized in membrane nanodomains. We thus propose that the confinement of activating receptors at the plasma membrane is essential to ensuring self-tolerance of NK cells.

La question se pose de l'existence de domaines membranaires permettant de regrouper les différentes protéines nécessaires à la transmission du signal par les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Nous avons donc analysé l'organisation dynamique du récepteur mu opioïde humain (hMOR) en relation avec ses paramètres pharmacologiques et les contraintes de son environnement. Après avoir vérifié la fonctionnalité de T7-EGFP-hMOR dans les SH-SY5Y, sa dynamique latérale a été étudiée par retour de fluorescence après photoblanchiment à rayon variable (FRAPrv) et par suivi de particule unique (SPT). A 22°C ces analyses ont révélé une double compartimentation des récepteurs : dans des domaines perméables de près de 1 µm de rayon et dans des domaines de rayon inférieur à 200 nm. De plus, près d'un tiers des récepteurs présente une diffusion dirigée. Les effets de la variation de température, de la déstabilisation du cytosquelette d'actine et du blocage de l'interaction protéine G/récepteur ont été observés afin de mieux comprendre l'origine de ces domaines. Bien que tous les paramètres qui y participent ne soient pas encore déterminés, les résultats indiquent que les protéines G ainsi que le cytosquelette influencent l'organisation membranaire de hMOR. La fixation d'antagonistes ne modifie pas la diffusion du récepteur. Au contraire celle des agonistes entraînent une diminution de la taille des domaines et un ralentissement des récepteurs en lien avec la transmission du signal et l'internalisation. Nos résultats soulignent l'importance de plusieurs paramètres sur l'organisation dynamique de hMOR et confortent l'intérêt de l'utilisation conjointe du FRAP et du SPT.

Des progrès récents dans la détection et la manipulation des molécules individuelles offrent de nouveaux outils pour étudier les molécules biologiques et leurs assemblages en conditions physiologiques. Ces outils permettent d'observer la dynamique, les états<br />conformationnels, et l'activité de molécules biologiques individuelles, non masqués par une moyenne d'ensemble. Dans ce cadre, je présente trois études que j'ai réalisées de 1998 à 2006.<br />La première concerne l'étude d'une protéine du cytosquelette, la spectrine. A l'aide d'un microscope à force atomique, nous suivons les états et les transitions de dépliement de protéines polymériques constituées de domaines identiques de la spectrine et montrons que le dépliement d'un domaine de spectrine peut se produire par étapes pendant son étirement.<br />Le second sujet porte sur l'organisation et la dynamique des membranes des cellules vivantes. Nous exposons une méthode fondée sur la spectroscopie de corrélation de fluorescence permettant de détecter des domaines membranaires. Nous revisitons les questions controversées dʹorganisation membranaire en étudiant une grande variété de marqueurs membranaires. Nous<br />montrons que les analogues fluorescents des sphingolipides et les protéines ancrées par un<br />glycosylphosphatidylinositol sont seulement confinés par des microdomaines dʹorigine lipidique.<br />En revanche, le récepteur à la transferrine est compartimenté à la fois par lʹorganisation lipidique et<br />le réseau du cytosquelette. Nous confirmons ainsi lʹexistence dʹune micro‐architecture dʹorigine<br />lipidique par des mesures sur cellules vivantes.<br />Pour améliorer la détection de molécules fluorescentes individuelles et réduire les volumes d'observation sous la limite de diffraction optique, nous utilisons des structures photoniques tels que des miroirs diélectriques ou des trous de taille sub‐longueur d'onde percés dans des films métalliques. A l'aide de ces structures, nous examinons la diffusion membranaire à l'échelle<br />nanométrique et en inférons la structure fine des membranes.<br />Enfin, je présente un projet de recherche sur la géométrie et la mécanique de l'épithélium<br />de l'embryon de drosophile lors de la morphogenèse. Ce projet vise en particulier à développer des<br />méthodes spécifiques pour mesurer et déterminer le rôle des forces de tension corticale du réseau<br />dʹacto‐myosine dans le remodelage des interfaces cellulaires.