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Notre équipe fait partie du laboratoire Matière et Systèmes Complexes (CNRS/Université Paris-Diderot). Nous nous intéressons à la physique des cellules vivantes isolées. En particulier, nous cherchons à mettre en évidence le rôle de la mécanique dans les processus biologiques. Pour cela, nous avons mis au point un dispositif à microplaques permettant d'appliquer des forces sur des cellules de manière contrôlée, mais aussi de mesurer des forces produites par les cellules elles-mêmes (voir la section " dispositif à microplaques"). Nous appliquons cette démarche à l'étude de phénomènes très variés allant de la mécanotransduction chez les cellules animales à la caractérisation mécanique des cellules végétales, en passant par l'interaction cellule-cellule dans le système immunitaire.

Mécanotransduction - Adaptation de la cellule à la rigidité

Ci-desus: Une cellule de type fibroblaste s'étale entre deux plaques et défléchit la plaque souple. La mesure de cette déflexion nous donne accès à la force de traction.

Au cours des dernières années, de nombreuses expériences ont montré que les cellules sont sensibles à leur environnement mécanique. En particulier, la rigidité du micro-environnement cellulaire peut influencer des processus complexes comme la migration ou la différenciation. Nous cherchons à comprendre l'origine de cette mécano-sensibilité. A l'aide de notre dispositif à microplaques nous pouvons mesurer la force de traction générée par des cellules adhérentes au cours de l'étalement. En changeant la rigidité perçue par la cellule en temps réel, nous avons montré que la contraction cellulaire s'adapte à la raideur en un temps inférieur à 0.1s. Cette réponse, à l'échelle de la cellule, est trop rapide pour être expliquée par les cascades de signalisations invoquées jusque là. Elle serait plutôt due au cortex cellulaire, véritable structure mécanique formée de fibres d'actine et de moteurs moléculaires "myosines", analogues des molécules responsables de la contraction musculaire. Nous avons ainsi montré que ces assemblages moléculaires étaient à l'origine des forces de traction cellulaires et que, comme pour tout générateur, la puissance mécanique développée au sein de cette structure dépend de la charge. En d'autres termes, la réponse initiale à la raideur pourrait s'assimiler à un phénomène d'adaptation d'impédance.



Rôle de la géométrie dans l'étalement cellulaire

Bien que possédant toutes le même génome, les cellules d'un organisme animal possèdent des formes très différentes. Ces formes sont le résultat d'interactions complexes entre des composants internes à la cellule (cytosquelette d'acto-myosine, complexes d'adhésion, membrane,...) et des facteurs externes (confinement, rigidité de la matrice, facteurs solubles,...). Nous tâchons de comprendre comment l'interaction de la cellule avec son environnement mécanique donne naissance à la forme cellulaire. Pour cela nous étudions l'étalement précoce de cellules adhérentes, événement durant lequel la cellule passe progressivement de sphèrique (lorsque elles sont en suspension dans leur milieu de culture, non-adhérentes) à une forme ressemblant à celle des gouttes de mouillage lorsqu'elle interagit avec le substrat et s'étale. Afin de corréler des mesures physiques quantitatives à la mise en place des acteurs de l'architecture cellulaire lors de l'étalement (cortex acto-myosine, complexes d'adhérence), nous combinons mesures de force entre deux micro-plaques à des observations par microscopies à ondes évanescentes et confocale. Comme toute forme est le résultat d'un équilibre mécanique au sein d'une d'une architecture donnée, ce dispositif nous permet ainsi de nous interroger sur la mécano-sensibilité cellulaire et le lien qui existe entre forme cellulaire, force de traction et croissance des complexes d'adhésion dans des environnements de raideurs variables.

microplates+tirf spreading

Gauche : Schéma du dispositif couplant mesure de force de traction et microscopie à onde évanescente. la plaque souple est calibrée en raideur, sa déflexion donne une mesure de la force générée par la cellule. La lame de la chambre expérimentale fait office de plaque rigide et permet d'observer par TIRF l'organisation des molécules d'adhérence et de corréler son évolution avec celle de la force de traction cellulaire. Droite : exemple d'image obtenue par ce dispositif sur une cellule de type fibroblaste Ref-52. La paxilline est marquée.

Mécano-sensibilité de la synapse immune

APCs Ce projet a vu le jour sous l'impulsion d'immunologistes, pour tenter de comprendre si le lymphocyte T, cellule pivot de la réponse imunitaire, est capable de répondre à des stimuli mécaniques. En conditions physiologiques, l'activation de la cellule T nécessite la formation d'un contact entre la cellule T et différentes cellules présentatrices d'antigène, comme les monocytes, les cellules dendritiques ou les macrophages. Comme le montrent les images ci-contre, ces cellules ont une grande variété à la fois fonctionnelle et morphologique, et la cellule T est capable de les discriminer et d'enclencher différents programmes immunitaires en fonction de la nature de la cellule présentatrice. Il a par ailleurs récemment été montré que la cellule T est capable de générer des forces de poussée et de traction lors de la réponse précoce à une activation (Husson et al., 2011). Nous nous interrogeons sur la nature mécanique des cellules présentatrices : ont-elles toutes la même rigidité ? Leurs propriétés mécaniques dépendent-elles de l'environnement, notamment en terme d'inflammation ? Si oui, la cellule T est-elle capable de sentir ces changements de nature purement mécanique et d'y adapter sa réponse ?

Ci-contre : Images représentatives d'une cellule dendritique mâture, d'une cellule dendritique immature et d'un macrophage obtenues par microscopie électronique à balayage.

Mécanique des cellules végétales

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