Pendant le développement d’un embryon, le remodelage des tissus amène un changement de forme: les tissu peuvent s’allonger, s’envaginer, s’étirer etc. Différentes voies de signalisation règlent ces comportements dans le temps et l’espace à travers le contrôle du cytosquelette d’actine et des tensions produites par ce dernier en interaction avec le moteur moléculaire Myosine-II.Quelle est la distribution des forces subcellulaires qui contrôlent la morphogenèse des tissus? Quelle est la nature des forces engendrée set pour finir, quelle est l’origine de ces forces? Voici les questions pour lesquelles ma thèse cherche des réponses. J’utilise l’élongation de la bande germinale de l’embryon de Drosophile comme système modèle afin d’investiguer la mécanique de la morphogenèse des tissus / During embryonic development tissue remodeling leads to shape changes: for example, tissues can elongate, invaginate, and stretch. Distinct signaling pathways regulate in space and time these behaviors through the control ofthe actin cytoskeleton and of myosin-based tension required for cell shapechange. What is the spatiotemporal pattern of subcellular forcesthat orient tissue morphogenesis? What is the nature of the generated forces and finally, what lies at the origin of such forces? These are the main questions that my thesis tries to illuminate. I use the germbandelongation of the Drosophila embryo as a model system to investigate themechanics of tissue morphogenesis

Les épithéliums jouent le rôle fondamental de barrière physique et chimique chez les Métazoaires. Les jonctions adhérentes, par le biais de la protéine transmembranaire E-cadhérine (E-cad), assurent une grande partie de l’adhésion intercellulaire. Malgré cette robustesse, les épithéliums peuvent subir des remodelages considérables pendant l’embryogenèse ou la cicatrisation. Lors de la gastrulation de l’embryon de Drosophile, l’épithélium ventro-latéral (la bandelette germinale) subit une élongation le long de l’axe antéropostérieur induite par l’intercalation cellulaire. Le remodelage polarisé des jonctions cellulaires est à la base de ce phénomène: les jonctions parallèles à l’axe dorsoventral (DV) rétrécissent et forment de manière irréversible de nouvelles jonctions parallèles à l’axe antéropostérieur (AP). Ce remodelage dépend de l’enrichissement du moteur moléculaire Myosine II (MyoII) dans les jonctions DV, qui induit une anisotropie de tension. Les protéines des jonctions adhérentes (E-cad, β-catenin) sont, elles aussi, polarisées : elles sont enrichies dans les jonctions AP. Néanmoins, nous ne savions pas si cette polarité de l’adhésion avait un rôle dans le remodelage des jonctions, et nous ne connaissions pas les mécanismes contrôlant cette localisation asymétrique. L’un des mécanismes les mieux connus de la modulation de l’adhésion cellulaire est l’endocytose des protéines d’adhésion. A ce titre, je me suis intéressé au rôle de l’endocytose Clathrine dépendante (ECD) pendant l’intercalation cellulaire. J’ai ainsi pu montrer que l’ECD de E-cad est régulée à la hausse dans la bandelette germinale au niveau jonctionnelle, plus particulièrement au niveau des jonctions DV (qui rétrécissent). L’ECD d’E-cad est nécessaire à l’intercalation et à la distribution polarisée d’E-cad. Elle est régulée par l’organisation de l’actine: la formine Diaphanous ainsi que le moteur moléculaire Myosine II accélèrent le recrutement de la machinerie d’endocytose (AP2 et Clathrine) et régulent la polarité de l’ECD dans l’embryon. Elles sont contrôlées par RhoGEF2, qui est enrichie dans les jonctions DV, et induisent l’endocytose par un mécanisme de clustering latéral d’E-cad. Dans la seconde partie de ma thèse, je me suis intéressé au couplage entre E-cad et la dynamique de MyoII. En effet, l’intercalation dépend aussi de flux contractiles de MyoII qui ont lieu préférentiellement en direction des jonctions DV. J’ai ainsi pu montrer que la direction des flux est induite par les anisotropies de forces d’ancrage de MyoII. Les faibles niveaux d’E-cad et le fort taux d’endocytose dans les jonctions DV augmentent la probabilité de générer une anisotropie d’ancrage et induisent davantage de flux de MyoII vers les jonctions DV. Ce projet met en lumière le rôle fondamental du couplage entre E-cad et MyoII dans la régulation de la morphogenèse. / Epithelia build up strong mechanical and chemichal barriers in Metazoans. Adherens junctions, through the adhesion provided by the transmembrane protein E-cadherin (E-cad), are essential for the mechanical integrity of the tissue. Yet, epithelia can be dramatically remodeled during embryogenesis or wound healing. During gastrulation of Drosophila embryo, the ventrolateral epithelium (the germ band) undergoes a massive elongation along the anteroposterior (AP) axis, driven by cell-cell intercalation. This is based on the polarized remodeling of intercellular junctions whereby junctions parallel to the dorsoventral axis (DV) shrink and form new junctions along AP axis. This remodeling is mediated by the planar polarized enrichment of Myosin II (MyoII) in DV junctions, which generates high tension. Adhesion proteins are also planar polarized, E-cad is enriched in AP junctions, but we did not know if this polarity contributed to cell-cell intercalation and the mechanism driving this polarity. As such, I have studied the role of Clathrin mediated endocytosis (CME) during germ band extension. I have shown that E-cad CME is specifically upregulated at the junction plane in the germ band, and planar polarized (enriched in DV shrinking junctions). It is required for cell-cell intercalation and the planar polarized distribution of E-cad. E-cad CME is regulated by the concerted action of the Formin Diaphanous and Myosin-II, which accelerates CME through the lateral clustering of E-cad. They are controlled by RhoGEF2, which is also enriched in DV junctions. In the second part of my PhD, I have studied the coupling between E-cad and MyoII dynamics. Indeed, planar polarized contractile flows of MyoII are required for DV junction shrinkage, but we did not know the mechanism driving the polarity of these flows. I have shown that the transient anisotropy of anchoring forces between two facing junctions triggers flow. As such, the low steady state amount of E-cad and the high rate of CME in DV junctions trigger more anisotropy and polarize the flow. These results outline the strong crossregulation between E-cad and MyoII and their concerted action in morphogenesis.

Un tissu épithélial est composé de cellules polarisées, étroitement liées les unes aux autres par des jonctions adhérentes. La perte de ces jonctions adhérentes est la première étape dans le développement des cancers au niveau des tissus épithéliaux. Il est donc important de comprendre les mécanismes d’attachement inter-cellulaire. Pour étudier ces interactions, nous utilisons comme modèle l’embryon de drosophile, où une fine régulation des jonctions adhérentes est requise pour l’une des étapes précoces de développement. Durant cette étape du développement, les cellules épithéliales changent de voisines le long de l’axe antéro-postérieur sans perdre leur adhérence cellulaire. Ce processus d’intercalation cellulaire est dû au recrutement polarisé du moteur moléculaire Myosine II au niveau des jonctions qui se désassemblent. Il a été mis en évidence qu’au cours de ce processus la perte de fonction de la voie JAK/STAT perturbe la localisation de la Myosine II. Au cours de ma thèse, j’ai réalisé un crible génétique dans un contexte mutant pour le ligand de la voie JAK/STAT pour me permettre d’identifier des interacteurs potentiellement impliqués dans le contrôle spatial de Myosine II. J’ai pu mettre en évidence plusieurs gènes pouvant être impliqués dans cette intercalation. Parmi ces candidats, je me suis focalisée sur celui montrant le plus fort phénotype : le gène CG13992. La caractérisation de ce gène a fut la seconde étape de mon travail de thèse (car seules les séquences nucléotidiques et protéiques étaient connues). Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’implication de ce gène dans la localisation de la Myosine II mais ils restent à confirmer. / Epithelial tissue is composed of polarized cells, which are closely attached to each other by adherens junctions. The loss of adherens junctions is often a key step in the development of cancer in epithelial tissues. It is therefore important to understand the mechanisms of attachment between the cells. To study such epithelial plasticity, we use the Drosophila embryo as a model system, where a fine regulation of adherens junctions is required for one of the early processes of development: germ band elongation. During this process, epithelial cells change their neighbors along the anterior-posterior axis (cell cell intercalation) without loss of cell adhesion. Polarized recruitment of the molecular motor Myosin II at the junctions, that disassemble and reassemble, underlies the intercalation process. In part, intercalation relies on the normal activity of the the JAK / STAT pathway that is crucial for the spatial control of Myosin II. During my PhD, I conducted a genetic screen, in a mutant for the ligand of the JAK / STAT pathway, designed to identify second site interactors for Myosin II control. I identified several genes that appear to be involved in the intercalation process. Among these candidates, I focused on one with the strongest phenotype: the gene CG13992. The functional characterization of this gene was the second stage of my thesis (because only the nucleotide and the protein sequences were known). Preliminary results highlight the involvement of this gene in the localization of Myosin II that remain to be confirmed.

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.

Cette thèse est consacrée à la modélisation du fonctionnement mécanique de l'interaction myosine II / actine, qui est responsable de la génération de force active dans les muscles squelettiques à l'échelle nanomérique. Les unités contractiles du muscle contiennent les filaments d'actine et de myosine, les derniers sont formés par un assemblage des myosines II. La myosine II est un moteur moléculaire qui s'attache et se détache périodiquement au filament d'actine en présence d'ATP. Afin de comprendre le phénomène de la contraction musculaire d'un point de vue mécanique, nous suivons l'approche développée par la communauté de cliquets Browniens, qui remplace l'interprétation chimique traditionnelle de génération de force active par une étude de la dynamique de Langevin des systèmes mécaniques avec des paysages énergétiques bien définis. Nous mettons l'accent sur le rôle du changement conformationnel, ou " power stroke ", dans le fonctionnement de la myosine II. Nous identifions le "power stroke" comme le principal moteur de la contractilité, ce qui reflète la réalité biologique. Nous proposons un modèle mécanique innovant et, en mettant l'accent sur le rôle actif de " power stroke ", nous établissons un lien entre les moteurs processifs et nonprocessifs. Dans cette thèse, nous présentons les premiers exemples de modèles de moteur moléculaire nonprocessif actionnés exclusivement par "power stroke " et exploitant le phénomène de la résonance stochastique.

Le succès de la réponse immunitaire repose en grande partie sur la capacité des leucocytes à se déplacer et à accomplir leur fonction au sein de structures anatomiques précises. Le fait qu’il puisse exister des mécanismes intrinsèques de coordination entre ces fonctions spécifiques et la migration de ces cellules n’a jamais été étudié auparavant. Nos travaux mettent en évidence, pour la première fois, l’existence d’un couplage entre la migration et la macropinocytose dans les cellules dendritiques qui explorent leur environnement en internalisant une grande quantité de matériel extra-cellulaire. C’est la Chaîne Invariante, protéine chaperon impliquée dans l’apprêtement des antigènes, qui est responsable de ce couplage en détournant le moteur Myosine II de l’arrière de la cellule, où elle promeut la migration, vers l’avant de la cellule. Ce recrutement transitoire de Myosin II autour des macropinosomes à l’avant favorise la macropinocytose et la délivrance de l’antigène dans les lysosomes, mais ralentit la cellule. L’implication de la Myosine II à la fois dans la migration et la capture d’antigène permet donc le couplage moléculaire entre ces deux processus et leur coordination spatio-temporelle. Cependant, les voies de signalisation impliquées dans le couplage avant/arrière dans les cellules dendritiques immatures restent encore méconnues. L’ensemble de mes travaux de thèse montrent que la libération de calcium du réticulum endoplasmique à travers les récepteurs IP3 (IP3Rs) est nécessaire pour maintenir le niveau de phosphorylation de la chaîne légère de Myosin (MLC) et la polarisation avant/arrière de Myosine II au cours de la migration des cellules dendritiques immatures. Nous montrons que les récepteurs IP3R1, 2 et 3 sont requis pour atteindre une vitesse maximale en 2- et 3-Dimension, et que le récepteur IP3R3, et dans une moindre mesure IP3R1, favorisent la persistance des cellules. En revanche, l’inhibition de l’expression du récepteur IP3R3 augmente la capacité des cellules dendritiques immatures à capturer l’antigène, ce qui est en accord avec notre résultat montrant que la capture de l'antigène est inversement reliée à la locomotion de cellules dendritiques. Nous proposons que le relargage du calcium par le réticulum endoplasmique favorise l’activité de la myosine II ce qui permet aux cellules dendritiques de ralentir de façon transitoire. Ce relargage calcique permet aux cellules dendritiques du optimiser l'internalisation des antigènes extracellulaires en maintenant leur polarité ce qui leur permet d’optimiser ainsi leur capacité d'échantillonnage de l’environnement. / The immune response heavily relies on the migration capacity of leukocytes. These cells must stop in precise anatomical locations to fulfill a particular task. But whether and how specific functions are coordinated with migration by cell-intrinsic mechanisms is not known. We here show that in dendritic cells, which patrol their environment for the presence of antigens by internalizing extracellular material, macropinocytosis is coupled to cell migration. Coupling relies on the diversion of the Myosin II motor from its migratory function at the cell rear to macropinosomes at the cell front by the Invariant Chain, a cell-specific regulator of antigen presentation. Transient Myosin II recruitment at the cell front promotes antigen macropinocytosis and antigen delivery to endolysosomes but antagonizes cell migration. Thus, the requirement for Myosin II for both migration and antigen capture provides a molecular mechanism to couple these two processes and allow their coordination in time and space. However, the signaling pathways involved in back/front coupling in migrating immature DCs remain unknown. Here we show that calcium released from the endoplasmic reticulum through IP3 Receptors (IP3Rs) is required to maintain Myosin regulatory light Chain (MLC) phosphorylation and Myosin II back/front polarization during DC locomotion. We found that while IP3R1, 2 and 3 are required for immature DCs to reach maximal speed in 2-Dimensional and 3-Dimensional environments, IP3R3 and to a lesser extent IP3R1 positively regulate their persistency. On the contrary, silencing of IP3R3 increases antigen uptake by immature DCs, consistent with our finding showing that antigen capture is inversely coupled to DC locomotion (Appendix, manuscript #1). We propose that by promoting myosin II activity, calcium released from the ER help DCs to transiently slow-down to uptake extracellular antigens without losing their polarity and thereby optimizes their environment sampling capacity.

Plusieurs méthodes de capture antigénique ont été décrites dans l’intestin grêle, surtout en cas d’infection: échantillonnage direct par les cellules dendritiques (DC), capture par les macrophages qui délivrent ensuite l’antigène aux DC du stroma, passage des antigènes à travers les cellules caliciformes. Des travaux antérieurs in vitro dans le laboratoire ont montré l’importance de la myosine IIA dans la coordination de la migration des DC avec la capture et de l’apprêtement antigénique. L’objectif de ma thèse était de combiner plusieurs méthodes d’imagerie telle que la microscopie intravitale, la microscopie confocale ex vivo et l’immunofluorescence sur tissus à la cytométrie en flux pour déterminer l’impact de la myosine IIA sur la capture antigénique in vivo. Cette étude montre que les DC patrouillent en permanence dans l’épithélium de l’intestin grêle, y compris hors conditions infectieuses. Elles sont recrutées dans la lamina propria (LP) et pénètrent dans l’épithélium par transmigration à travers la membrane basale qui sépare ces deux compartiments. La myosine IIA est indispensable à la transmigration de CD103+CD11b+DC. Ces événements de transmigration surviennent plus fréquemment dans les parties proximales de l’intestin grêle, duodénum and jéjunum, que dans l’iléon. Chez les souris adultes, ces DC ne sont pas recrutées sous l’influence du microbiote mais sont sensibles au rétinal, un métabolite de la vitamine A qu’elles transforment en une molécule active l’acide trans-rétinoïque (AtRA). D’après notre analyse transcriptomique, les DC intra-épithéliales constituent une population homogène dont le profil est distinct de celui de leurs homologues de la LP. Elles sont enrichies en ARN des voies liées à l’apprêtement antigénique, l’autophagie et les lysosomes. Ces résultats suggèrent qu’elles ont une fonction différente des CD103+CD11b+DC de la LP: elles n’agissent pas sur la prolifération ni la différenciation des lymphocytes T mais contrôlent spécifiquement l’effectif des lymphocytes intra-épithéliaux CD8+αβ. Ces découvertes reflètent l’importance de l’épithélium comme première ligne de défense contre les pathogènes. Elles soulèvent également de nouvelles questions concernant la régulation de la réponse immune dans l’épithélium et les interactions mutuelles entre la lumière intestinale, l’épithélium et le stroma des villosités. / Several routes for antigen capture have been described in the small intestine, mainly upon pathogenic infection: direct sampling by Dendritic Cells (DCs), sampling by macrophages that deliver antigens to DCs in the stroma, antigenic passage through goblet cells. Previous in vitro work in the lab showed that myosin IIA is essential to coordinate antigen uptake and processing with DC migration. The objective of my thesis was to combine several imaging methods including intravital microscopy, ex vivo confocal microscopy and immunofluorescence on gut tissue to flow cytometry in order to unravel the impact of myosin IIA on DC physiology in vivo. My work shows that CD103+CD11b+ DCs, which are unique to the gut, constantly patrol the epithelium of the small intestine at steady state: they are recruited from the lamina propria (LP) and penetrate into the epithelium by transmigrating through the basal membrane that separates these two compartments. DC transmigration requires myosin IIA in vivo. Remarkably, we found that DC transmigration into the epithelium occurs mainly in the upper parts of the small intestine, the duodenum and the jejunum, but is not observed in the ileum. DC transmigration does not require the gut microbiota but relies on retinal, a vitamin A metabolite of that they convert into its active form all-trans retinoic acid (AtRA). Strikingly, single cell RNA-seq showed that intra-epithelial CD103+CD11b+ DCs constitute a homogenous cell population with a distinct transcriptomic signature from their LP counterpart. They are enriched with RNA related to antigen presentation, autophagy and lysosome pathways. Our results further suggest that these cells have a different function from LP CD103+CD11b+ DCs, as they do not significantly impact proliferation or differentiation of T helper lymphocytes but control the CD8+αβ intraepithelial lymphocytes (IELs) pool. These findings highlight the importance of the epithelial tissue as a first line of defense against pathogens in the upper parts of the small intestine. They also raise new questions about the regulation of the immune response in the epithelium and the mutual influences between lumen, epithelium and intestinal lamina propria.

Durant ce travail, deux approches ont été explorées. <br /> Dans la première, j'ai quantifié le dégonflement osmotique de liposomes remplis d'un gel d'agarose. La fabrication de tels systèmes reconstitués vise à permettre de mimer le comportement de cellules soumises aux mêmes contraintes. En particulier, j'ai observé que ces liposomes fonctionnalisés acquièrent des morphologies crénelées lors de leur dégonflement pour une concentration du gel comprise entre 0.07 et 0.18 % en masse. Ces formes originales ressemblent à celles d'échinocytes parfois prises par les globules rouges. Le gel est responsable de l'apparition de ces formes, ne modifie pas les cinétiques de dégonflement mais sa pression élastique arrête précocement le dégonflement comparativement aux liposomes aqueux, mettant en évidence un phénomène de rétention d'eau.<br /> Dans la deuxième approche, j'ai étudié l'effet de contraintes hydrodynamiques sur des amibes Dictyostelium adhérentes à un substrat et ai quantifié la réorganisation mécanosensible du cytosquelette de ces cellules vivantes. Pour obtenir les cinétiques de relocalisation de protéines majeures du cytosquelette en réponse aux forces d'un flux, j'ai marqué l'actine et la myosine-II avec des protéines fluorescentes et ai fabriqué une chambre à flux permettant de changer rapidement la direction du flux. J'ai montré que les cellules s'orientent contre les forces du flux et se réorientent contre en inversant leur polarité après une inversion du flux : d'abord l'actine dépolymérise puis des protrusions sont émises contre les nouvelles forces mécaniques, et 15 sec plus tard, l'arrière rétracte en utilisant la myo-II. De plus, la contractilité du système actine-myosine n'est pas nécessaire pour sentir les forces. Des expériences similaires en inversant la direction d'un gradient de chimioattractants montrent que ce processus de réorientation cellulaire n'est pas spécifique d'expériences sous flux. Ce travail met en évidence l'existence d'un signal inhibiteur rapide menant à la dépolymérisation de l'actine, signal qui n'est pas pris en compte dans les modèles actuels expliquant la réponse chimiotactique. Enfin, les outils de visualisation que j'ai développés permettent d'étudier le rôle de protéines et de structures cellulaires dans la mécanotransduction.

Cette thèse interdisciplinaire a été dédiée à la caractérisation des propriétés mécaniques de myoblastes (murins et humains) et de myotubes (murins) à l'aide de la microscopie à force atomique (AFM). En modifiant ou en inhibant la dynamique du cytosquelette (CSK) d’actine de ces cellules, nous avons pu montrer que ces propriétés mécaniques variaient. L’enregistrement de courbes de force indentation nous a permis de montrer que la présence de cellules adhérentes introduisait sur les leviers d’AFM un amortissement visqueux supplémentaire à celui d’une paroi solide, et que cet amortissement visqueux dépendait de sa vitesse d’approche et que celui-ci restait non négligeable pour les plus faibles vitesses (1μm/s). Nous avons observé que les propriétés mécaniques des précurseurs de muscles devenaient non linéaires (comportement plastiques) pour des grandes déformations (>1μm) et qu’elles dépendaient de l’état, du type de cellule et de leur environnement. En combinant des expériences d’AFM, des modèles visco-élastiques et des méthodes d'analyse multi-échelle basées sur la transformation en ondelettes, nous avons illustré la variabilité des réponses mécaniques de ces cellules (de visco-élastiques à visco-plastiques). À l'aide de courbes de force-indentation, de l’imagerie morpho-structurale (DIC, microscopie à fluorescence) et de traitements pharmacologiques, nous avons éclairé le rôle essentiel des processus actifs (dépendants de l’ATP) dans la mécanique de myoblastes, en discutant tout particulièrement ceux des moteurs moléculaires (myosine II) couplés aux filaments d’actine. En particulier, nous avons montré que les fibres de stress du cytosquelette d’actine situées autour du noyau pouvaient présenter des évènements de remodelage soudains (ruptures) et que ces ruptures étaient une mesure indirecte de l’aptitude de ces cellules à tendre leur CSK. Nous avons enfin montré qu’il était possible de généraliser cette approche à des cas cliniques humains, en l’occurrence des myoblastes primaires de porteurs sains et de patients atteints de dystrophie musculaire de Duchenne, ouvrant la voie à des études plus larges sur d’autres types cellulaires et pathologies. / This interdisciplinary thesis was dedicated to the atomic force microscopy (AFM) characterization of the mechanical properties of myoblasts (murine and human) and myotubes (murine). We reported that the mechanical properties of these cells were modified when their actin cytoskeleton (CSK) dynamics was inhibited or altered. Recording single AFM force indentation curves, we showed that adherent layers of myoblasts and myotubes introduced on the AFM cantilever an extra hydrodynamic drag as compared to a solid wall. This phenomenon was dependent on the cantilever scan speed and not negligible even at low scan velocities (1μm/s). We observed that the mechanical properties of the muscle precursor cells became non-linear (plastic behaviour) for large local deformations (>1μm) and that they varied depending on the state, type and environment of the cells. Combining AFM experiments, viscoelastic modeling and multi-scale analyzing methods based on the wavelet transform, we illustrated the variability of the mechanical responses of these cells (from viscoelastic to viscoplastic). Through AFM force indentation curves analysis, morpho-structural imaging (DIC, fluorescence microscopy) and pharmacological treatments, we enlightened the important role of active (ATP-dependent) processes in myoblast mechanics, focusing especially on those related to the molecular motors (myosin II) coupled to the actin filaments. In particular, we showed that the perinuclear actin stress fibers could exhibit some abrupt remodelling events (ruptures), which are characteristic of the ability of these cells to tense their CSK. Finally, we showed that this approach can be generalized to some human clinical cases, namely primary human myoblasts from healthy donors and patients affected by Duchenne muscular dystrophy, paving the way for broader studies on different cell types and diseases.

Au cours de gastrulation chez la Drosophile, deux vagues successives de constriction ont lieux au niveau des cellules ventrales menant à l'invagination du mésoderme. La première vague de constriction est stochastique et entraine la constriction de 40% des cellules mesodermales réparties aléatoirement et est contrôlée par le facteur de transcription Snail. La seconde vague de constriction arrive immédiatement après et implique également la constriction des 60% manquant de cellules mésodermales. Cette seconde vague est contrôlée par le facteur de transcription Twist et requière la présence de la protéine sécrétée Fog. L'invagination complète du mésoderme riquière la redistribution de la protéine moteur Myosine II au niveau de l'apex des cellules en cours de constriction. Il a été montré que la mutation de Snail mène à une perte des deux phases de constriction, mais qu'une indentation sur les cellules du mésoderme permet de rétablir la seconde phase de constriction Twist dépendante. Nous avons cherché à étudier les interaction entre les deux phases de constriction, la protéine sécrétée Fog et le moteur moléculaire Myosine II à l'aide d'une simulation numérique. Nous avons également chercher à étudier la corélation entre l'invagination globale du mésoderme et la phosphorylation de la Bêta-Cathenine qui est impliquée dans l'activation de Twist. Nous avons étudier l'invagination de l'endoderme postérieur qui présente de nombreuses similitude avec l'invagination de l'endoderme et leurs interactions. Enfin également à l'aide d'une simulation numérique, nous avons testé l'hypothèse de l'apparition d'une invagination dans un organisme primitif mécano-sensible ( la gastræ d'HAECKEL ) au contact avec le plancher océanique. / During Drosophila gastrulation, two waves of constriction occur in the apical ventral cells, leading to mesoderm invagination. The first constriction wave is a stochastic process mediated by the constriction of 40% of randomly positioned mesodermal cells and is controlled by the transcription factor Snail.The second constriction wave immediately follows and involves the other 60% of the mesodermal cells. The second wave is controlled by the transcription factor Twist and requires the secreted protein Fog. It is known that Snail mutation lead to the loss of the two constriction phases but a mechanical poking on the mesoderm cells can rescue de second phase of Twist dependent constriction. The interactions between the two constriction phases, la secreted protein Fog and the molecular motor Myosin II with a numerical simulation. The posterior endoderm invagination that presents similarities with mesoderm invagination have been study, as well as the interaction between them. Finally with an other numerical simulation, the hypothesis of an induced invagination on a primitive mechanosensible organism ( the HAECKEL grastrae ) on the contact with the oceanic floor has been tested.