Rôle des puits recouverts de clathrine dans la polarisation et la migration cellulaire

par Enzo Bresteau

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Guillaume Montagnac.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Hématopoïèse normale et pathologique (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    L'endocytose dépendante de la clathrine est la voie majeure d'internalisation des récepteurs membranaire et de leurs ligands. L'étape initiale de cette voie consiste en le recrutement de la clathrine en des points discrets de la membrane plasmique. La polymérisation de la clathrine conduit à la déformation progressive de la membrane pour former les puits recouverts de clathrine (PRCs) qui génèrent in fine, après scission, les vésicules d'endocytose. La clathrine ainsi que d'autres constituants des PRCs jouent un rôle central au cours de la migration cellulaire. Le model en vogue décrit que l'endocytose dépendante de la clathrine contrôle la migration en permettant l'internalisation et la redistribution de molécules pro-migratoires telles que les intégrines. Cependant, nous avons récemment démontré que les PRCs régulent la migration indépendamment de leur fonction d'endocytose (Montagnac et al, Nature, 2013). Nous avons ainsi montré que les PRCs s'accumulent à l'avant des cellules cancéreuses en migration et qu'ils sont contactés par les microtubules. Ces contacts entre microtubules et PRCs conduisent à la stabilisation des microtubules. En raison de l'accumulation des PRCs au front de migration, les microtubules ont plus de chance de contacter des PRCs dans cette région et c'est pourquoi on observe une accumulation de microtubules stables orientés vers l'avant des cellules. Ce mécanisme est nécessaire à la cellule pour migrer de façon directionnelle et par exemple, pour suivre un gradient de facteur de croissance. Pour ce projet de thèse, l'objectif est maintenant de comprendre pourquoi les PRCs s'accumulent à l'avant des cellules en migration et de déterminer si cette asymétrie control la polarisation de la cellule. En effet, la cellule doit d'abord se polariser (c'est-à-dire définir un « avant » et un « arrière » de la cellule) avant de pouvoir migrer et il est vraisemblable que l'accumulation de PRCs d'un côté de la cellule représente un signal précoce pour définir ce qui sera l'avant de la cellule. Pour adresser cette question, l'étudiant utilisera des techniques avancées de vidéo-microscopie qui lui permettront de déterminer si la redistribution des PRCs (qui est aléatoire dans les cellules au repos et qui devient asymétrique dans les cellules en migration) est un évènement précédant la polarisation ou si c'est au contraire une conséquence de cette polarisation. Une tâche importante consistera à déterminer si des gradients de facteurs de croissance (chimiotactisme) ou de matrice extracellulaire (haptotactisme) peuvent contrôler la redistribution des PRCs. L'étudiant utilisera également des outils innovant lui permettant de manipuler de façon artificielle la distribution des PRCs afin d'en étudier les conséquences pour la polarisation et la migration. Enfin, les mécanismes par lesquels les microtubules stabilisé après contact avec les PRCs contrôlent la polarité seront analysé : une possibilité est que les microtubules stables servent de routes privilégiées pour l'apport de régulateur du cytosquelette d'actine vers un côté particulier de la cellule de sorte que la polymérisation d'actine de ce côté conduise à la migration de la cellule dans cette direction.

  • Titre traduit

    Role of clathrin-coated pits in cell polarization and migration


  • Résumé

    The clathrin dependent endocytosis is the major route of internalization of membrane receptors and their ligands. The initial step of this method consists in the recruitment of clathrin at discrete points of the plasma membrane. The polymerization of clathrin leads to the gradual deformation of the membrane to form clathrin-coated pits (PRCs) that generate in fine, after the demerger, the endocytic vesicles. Clathrin and other constituents of the PRCs play a central role in cell migration. The fashionable model that describes the clathrin-dependent endocytosis control migration by allowing internalization and redistribution of pro-migratory molecules such as integrins. However, we have recently demonstrated that PRCs regulate migration regardless of the function of endocytosis (Montagnac et al, Nature, 2013). We have shown that the PRCs accumulate in front of cancer cells by migration and they are contacted by microtubules. These contacts between microtubules and PRCs lead to the stabilization of microtubules. Due to the accumulation of PRCs in the migration front, microtubules are more likely to contact PRCs in this region and that is why there is a buildup of stable microtubules pointing forwards cells. This mechanism is necessary for the cell to migrate directionally and for example, to monitor a growth factor gradient.In this thesis project, the aim is now to understand why PRCs accumulate at the front of migrating cells and whether this asymmetry control the polarization of the cell. Indeed, the cell must first polarize (that is to say, define a "before" and "back" of the cell) before you can migrate and it is likely that the accumulation of a PRCs side of the cell is an early signal to define what will be the front of the cell. To address this question, the student will use advanced video-microscopy techniques that will enable it to determine whether the redistribution of PRCs (which is random in resting cells and becomes asymmetrical in migrating cells) is an event preceding the polarization or is it instead a consequence of this polarization. An important task will be to determine if the gradients of growth factors (chemotaxis) or extracellular matrix (haptotactisme) can control the redistribution of PRCs. The student will also use innovative tools to manipulate artificially the distribution of PRCs in order to study the consequences for the polarization and migration. Finally, the mechanisms by which the stabilized microtubules after contact with PRCs control the polarity will be analyzed: one possibility is that the stable microtubules serve as preferred routes for the controller input of the actin cytoskeleton to a particular side of the cell so that the actin polymerization of this side leads to the migration of the cell in this direction.