Modélisation du comportement mécanique de la cellule et de son cytosquelette : approche basée sur la mécanique des milieux divisés

Divided medium-based model for analyzing the dynamic reorganization of the cytoskeleton during cell deformation

• Auteur / Autrice : Jean-Louis Milan
• Direction : Patrick Chabrand, Sylvie Wendling-Mansuy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté des sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transduction du signal cellulaire

Cytosquelette

Filaments intermédiaires

Microtubules

Résumé

Le comportement mécanique des cellules vivantes, qui participe au contrôle de leur activité biologique, dépend étroitement des propriétés mécaniques de leur cytosquelette (CSQ). Pour décrire la structure précontrainte et multi-modulaire du CSQ et son mode de réorganisation dynamique, j'ai développé dans le cadre de cette thèse, un modèle mécanique numérique 2D basé sur la théorie des milieux divisés : le modèle CMD (Cytosquelette - Milieux Divisés). Les systèmes de forces intracellulaires générées par les différents réseaux de filaments du CSQ sont reproduits dans le modèle CMD par des réseaux d'interactions de tension et de compression qui s'établissent entre les noeuds du milieu divisé qui compose le modèle. La particularité du modèle CMD est de proposer un mode de réorganisation dynamique du CSD, basé sur une connectivité variable des réseaux d'interactions qui se modifie pour s'adapter au chargement ; cette réorganisation permet de traduire les réarrangements locaux des filaments du CSQ en cours de déformation. Le modèle CMD reproduit le comportement de rigidification observé expérimentalement sur des cellules en cours de déformation et qui est fonction du niveau de contractilité du CSQ. De plus, les réseaux d'interactions qui se développent et s'équilibrent au sein du modèle CMD permettent d'identifier les différentes sous-structures du CSQ : le cortex, le réseau de fibres de tension connecté à la matrice extracellulaire via les points focaux d'adhésion, le réseau diffus de filaments d'actine, le réseau de filaments intermédiaires, le réseau de microtubules. La suppression d'un de ces réseaux d'interactions entraîne dans le modèle une diminution de la précontrainte et de la rigidité qui se traduit par une perte d'intégrité structurale, suggérant ainsi que les sous-structures de CSQ sont fortement interdépendantes. Au vu de ses résultats, le modèle CMD peut constituer un outil pour comprendre les processus cellulaires, qui impliquent la réorganisation du CSQ, tels que l'adhésion, la migration ou la mécanotransduction