Integration de la mécanique et de la polarité dans la determination de la forme cellulaire chez la levure fissipare

par Valeria Davì

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Nicolas Minc.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec Institut Jacques Monod (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 10-09-2014 .


  • Résumé

    La forme et la polarité sont d'une importance primordiale pour la physiologie cellulaire. Les défauts de formes et de polarité sont liés à des pathologies graves, comme le cancer métastatique ou l'anémie à cellules falciformes. Chez les pathogènes bactériens et fongiques, la forme cellulaire et les modes de croissance polarisées sont très souvent impliqués dans la virulence. Comprendre comment les cellules construisent leurs formes et polarité n'est donc pas seulement un problème biologique fondamental, mais aussi d'une extrême importance pour notre appréciation des maladies et leur traitement. La paroi cellulaire est la composante principale de la surface cellulaire dans des organismes comme les plantes, les bactéries, les levures et les champignons. C'est une couche fine composée de polysaccharides (sucres) qui entoure la membrane plasmique, et qui est essentielle pour maintenir la forme et l'intégrité de ces cellules. La paroi est assemblée pendant la croissance et la division cellulaire, par des complexes transmembranaires catalysant l'insertion de polysaccharides. L'épaisseur fine de la paroi (~20-200nm typiquement), inférieure à la résolution optique de microscope standard, a jusqu'aujourd'hui empêché l'imagerie de cette couche essentielles chez des cellules vivantes, limitant fortement notre compréhension de sa dynamique d'assemblée. Dans mon projet, j'étudie l'impact de la mécanique des parois cellulaires sur la morphogenèse des microbes. Dans ce but, j'ai mis au point une méthode innovante de microscopie à super-résolution, permettant pour la première fois de visualiser la paroi dans des cellules vivantes. Pour développer cette approche j'utilise la levure fissipare Schizosaccharomyces pombe, un organisme modèle idéal pour étudier forme et polarité cellulaire de cellules à paroi. Sa forme stéréotypé de bâtonnet, est constante au cours du cycle et guidé par la localisation à la pointe de facteurs de polarité telles que les RhoGTPases, l'actine et les enzymes de remodelage de la paroi spécifiquement, permettant un allongement polarisé. Des bibliothèques de mutants (KO) ont été visuellement sondées et ont mis en évidence de nombreux mutants avec des formes aberrantes, permettant de tester les bases moléculaires du contrôle de la forme des cellules. En couplant cette méthode d'imagerie quantitative, à des approches génétiques et biophysiques, je définie les principes généraux régulant l'assemblée de la paroi et sa contribution à la forme et la survie des microbes.

  • Titre traduit

    Integration of mechanics and polarity in the determination of fission yeast cell shape


  • Résumé

    The mechanics of the cell surface defines cell shape and influences polarity, growth and division. Defects in shape and polarity can lead to severe diseases, such as cancer or drepanocytosis. These mechanisms also underlie the virulence of many pathogens. Here we investigate the dynamics and mechanics of the cell wall, a rigid structure encasing the plasma membrane in plants, bacteria, yeast and fungi. We developed a novel approach to measure cell wall thickness in live rod-shaped fission yeast cells. This method, coupled to genetics and other biophysical approaches including modeling, is revealing a crosstalk between cell wall thickness, polarity and growth. We are also systematically mapping the contribution of wall mechanics to cell shape, using a microscopy-based genetic screen. Our work identifies conserved principles for wall synthesis and homeostasis, which may have direct relevance to other walled cells and to the morphogenesis of nearly all cells. Impact of these studies, include basic knowledge in biology, pathogen virulence and human diseases.