Rôle de la tension de membrane dans la régulation spatiale de l'exocytose lysosomale

Role of membrane tension in the spatial regulation of lysosomal exocytosis

• Auteur / Autrice : Hugo Lachuer
• Direction : Kristine Schauer, Bruno Goud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 05/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie cellulaire et cancer (Paris ; 1995-....) - Biologie Cellulaire et Cancer
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivia Du Roure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kristine Schauer, Bruno Goud, Aurélien Roux, Laura Picas, Thierry Galli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélien Roux, Laura Picas

Mots clés

Mots clés libres

Lysosome

Exocytose

Tension

Membrane

Spatial

Ripley

Résumé

L'exocytose lysosomale est impliquée dans plusieurs processus cellulaires, mais sa régulation spatio-temporelle est encore peu connue. En utilisant la microscopie de fluorescence à réflexion totale (TIRFM) et des outils de statistiques spatiales, nous avons observé que l’exocytose aléatoire n’était pas distribuée aléatoirement sur la face ventrale de la membrane plasmique de cellules RPE1, mais organisée en agglomérats sur plusieurs échelles de tailles. Même si le taux d’exocytose est régulé par le cytosquelette d’actine, des perturbations de l’actine ou des microtubules par des drogues n’altèrent pas la structure spatiale de l’exocytose lysosomale. Les événements d’exocytose apparaissent partiellement aux adhésions focales (AF) et leur agglomération est réduite quand la biogenèse des AF est inhibée. De plus, des modifications de la tension de membrane par des chocs hypo-osmotiques et des traitements au méthyl-β-cyclodextrine augmentent l’agglomération des événements d’exocytose. Pour explorer le lien entre AF et tension de membrane, des cellules ont été cultivées sur des micropatrons en forme d’anneau permettant de contrôler l’organisation spatiale des AF. En utilisation une combinaison de TIRFM et de microscopie imageant le temps de vie de fluorescence (FLIM), nous avons pu révéler l’existence d’un gradient de tension radial. En changeant le diamètre du micropatron, nous avons montré que nous pouvions contrôler l’importance de ce gradient et l’agglomération de l’exocytose. En conclusion, nos données indiquent que l’agglomération spatiale de l’exocytose lysosomale repose sur une organisation spatiale de la tension de membrane et la topologie des AF.

Lysosomal exocytosis is involved in many key cellular processes but its spatio-temporal regulation is poorly known. Using total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) and spatial statistics, we observed that lysosomal exocytosis is not random at the adhesive part of the plasma membrane of RPE1 cells but clustered at different scales. Although the rate of exocytosis is regulated by the actin cytoskeleton, neither interfering with actin or microtubule dynamics by drug treatments alters its spatial organization. Exocytosis events partially co-appear at focal adhesions (FAs) and their clustering is reduced upon removal of FAs. Changes in membrane tension following a hypo-osmotic shock or treatment with methyl-β-cyclodextrin was found to increase clustering. To investigate the link between FAs and membrane tension, cells were cultured on adhesive ring-shaped micropatterns, which allows to control the spatial organization of FAs. By using a combination of TIRFM and fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM), we revealed the existence of a radial gradient in membrane tension. By changing the diameter of micropatterned substrates, we further showed that this gradient as well as the extent of exocytosis clustering can be controlled. Together, our data indicate that the spatial clustering of lysosomal exocytosis relies on membrane tension patterning controlled by the spatial organization of FAs.