Modélisation de la mécanique de la cellule et son noyau dans le cadre de la migration confinée

Modeling cellular and nuclear mechanics in the context of confined migration

• Auteur / Autrice : Solenne Deveraux
• Direction : Denis Aubry, Rachele Allena
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 11/09/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-2021)
• Jury : Président / Présidente : Yves Rémond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdul I. Barakat, Nathalie Lassau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José Muñoz, Claude Verdier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mouvement cellulaire

Structure cellulaire (physique)

Mots clés libres

Mécanique cellulaire

Déformations active

Plasticité du noyau

Migration chimneying

Étalement

Cell mechanics

Active strain

Nuclear plasticity

Chimneying migration

Spreading

Résumé

Les cellules possèdent une capacitéfondamentale à leur survie : la migration. Del’embryogénèse aux métastases tumorales, lorsde la migration, les cellules doivent se faufiler àtravers des mailles sub-nucléaires pour atteindreleur localisation cible. Pour ce faire, ellespeuvent adapter leur mode locomotion ou leurspropriétés mécaniques à l’environnement quiles entoure. La cellule ainsi que son noyausubissent d’importantes déformations lors de lamigration en milieu confiné. Le noyau étantl’organelle le plus gros et le plus rigide, il peutlimiter la capacité migratoire de la cellule. Sespropriétés mécaniques sont donc décisives afinde migrer à travers un environnement complexe.Dans la littérature, les signaux moléculairespendant le processus migratoire ont étéabondamment décrits, mais la modélisationmécanique d’une cellule en migration peut-ellenous révéler de nouveaux éléments sur lesmécanismes sous-jacents ?La migration cellulaire est un procédé d’unecomplexité mécano-biologique telle, que tous sesaspects ne peuvent être modélisés à ce jour. Nousen choisissons donc trois que nousdévelopperons ici. Nous nous intéressonsd’abord à l’interaction mécanique entre le noyauet le cytoplasme lors d’une constriction de lacellule, puisque la plasticité du noyau sembleavoir un rôle primordial. Nous étudions ensuitele chimneying, un mode migratoire sansadhésion dont le mécanisme repose sur desforces de friction couplées à la poroélasticité ducytoplasme. Enfin, les substrats avec des micropilierssont depuis peu utilisés pour étudier lespropriétés mécaniques de la cellule et de sonnoyau, mais la mécanique de ce phénomène estpeu comprise. Nous modélisons le processus parlequel le noyau se déforme afin de déterminer s’ilest poussé ou tiré dans l’espace inter-piliers.

One of the fundamental properties incells is their ability to migrate. Fromembryogenesis to tumor metastasis, migratingcells must overcome mechanical obstacles toreach their intended location, squeezing throughsub-cellular and sub-nuclear gaps. It can be doneby adapting the locomotion mode to thesurrounding environment or by tuning the cell’sown mechanical properties. Migrating in aconfined space leads to intensive deformation ofthe cell and thus its nucleus. Being the largestand stiffest organelle, the nucleus can hamperthe migratory process. Its mechanical propertieshence are key to a successful migration in acomplex environment. Molecular signals behindcell migration have been extensively studied inthe literature, but what can computationalmechanics modeling unveil about themechanisms behind cell migration?Cell migration is such a complex mechanobiologicalprocess, that all aspects cannot bemodeled at once for now. We choose threedistinct situations for in-depth study. We firstseek to understand the mechanical interplaybetween the nucleus and the cytoplasm, sincenuclear plasticity seems decisive for migrationthrough sub-nuclear gaps. Second, weinvestigate the mechanics of chimneying, aspecific confined migratory mode, in which noadhesion in needed for the cell to move forward.Poroelasticity, coupled with friction, appears asthe key to successful locomotion. Eventually,cell spreading on micro-pillared substrates hasrecently been developed to study nuclearmechanical properties. The mechanism behindthis process being however unclear, we designeda large deformation model to determine whetherthe nucleus is being pushed or pulled in theinter-pillars gaps.