Rôle du complexe Arp2/3 dans l'homéostasie épithéliale intestinale

par Venkata ram Gannavarapu

Projet de thèse en Biologie cellulaire

Sous la direction de Danijela Matic vignjevic et de Danijela Matic vignjevic.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant , en partenariat avec Biologie Cellulaire et Cancer (laboratoire) , Dynamique de l'Organisation Intracellulaire (equipe de recherche) et de Institut Curie (établissement opérateur d'inscription) depuis le 03-10-2017 .


  • Résumé

    L'épithélium intestinal est la plus grande surface muqueuse de l'organisme et un élément crucial de la barrière intestinale. Le renouvellement rapide et continu de l'épithélium intestinal constitue un défi pour sa fonction barrière. L'intégrité de la barrière est maintenue par des réseaux protéiques complexes tels que les jonctions apicales (jonctions serrées et adhérentes) qui relient mécaniquement les cellules adjacentes pour maintenir sa stabilité, ainsi que par son mécanisme de filtration sélective. On pense que les interactions dynamiques entre le cytosquelette et les jonctions apicales jouent un rôle mécaniste essentiel pour préserver l'intégrité de la barrière. Cependant, on ne comprend pas bien comment la barrière intestinale est préservée à la lumière de l'auto-renouvellement dynamique de l'intestin. Ici, nous étudions le rôle du complexe de protéine 2/3 (Arp 2/3) apparentée à l'actine, le nucléateur d'actine ramifié, dans l'intégrité épithéliale intestinale dans l'homéostase intestinale. Pour étudier les effets de la déplétion d'Arp2/3 dans l'épithélium intestinal murin adulte, nous avons généré un modèle inductible, spécifique de l'épithélium intestinal, Arp2/3 knockout (Arpc4-KO). Nous avons trouvé des fractures proéminentes (séparation de jonction) entre les cellules épithéliales de souris Arpc4-KO, exposant l'espace intercellulaire à la lumière intestinale. De plus, les cellules épithéliales présentant des fractures présentaient un marqueur de jonction étanche (ZO-1) réduit et ponctué, une bordure de brosse F-actine réduite et autres marqueurs apicaux (DPPIV). Les coupes au laser des jonctions d'adhérences dans les explants intestinaux Arpc4-KO ont révélé une perte de tension tissulaire normale (réponse au recul) et ont entraîné une désintégration des tissus frappés après les coupures. Nous complétons ces données par des études in vitro utilisant un modèle organoïde : Appauvrissement en Arp2/3 (organoïdes Arpc4-KO) ou inhibition du complexe Arp2/3 (CK-666) sur les organoïdes intestinaux de type sauvage. La déplétion et l'inhibition ont toutes deux entraîné une apparence organoïde désorganisée, avec des formes cellulaires modifiées et un signal ZO-1 réduit. Ces résultats indiquent que l'activité de l'Arp 2/3 joue un rôle crucial dans le maintien de l'intégrité de la jonction apicale et de la fonction de la barrière intestinale.

  • Titre traduit

    Role of Arp2/3 complex in gut epitheial homeostasis


  • Résumé

    The gut epithelium is the largest mucosal surface in the body and a crucial element of the gut barrier. The fast and continuous self-renewal of the gut epithelium poses a challenge for its barrier function. The barrier integrity is maintained by complex protein networks such as apical junctions (tight and adherens junctions) that link adjacent cells mechanically to maintain its stability, as well as its selective filter mechanism. It is thought that dynamic interactions between cytoskeleton and apical junctions play a vital mechanistic function to preserve the barrier integrity. However, it is not well understood how the gut barrier is preserved in the light of dynamic self-renewal in the gut. Here, we investigate the role of actin related protein 2/3 (Arp 2/3) complex, the branched actin nucleator, in intestinal epithelial integrity in gut homeostasis. To study effects of Arp2/3 depletion in adult murine gut epithelium, we generated an inducible, gut-epithelium specific, Arp2/3 knockout model (Arpc4-KO). We found prominent fractures (junction separation) between epithelial cells in Arpc4-KO mice, exposing intercellular space to the gut lumen. Moreover, epithelial cells with fractures had reduced and punctate tight junction marker (ZO-1), reduced brush border F-actin and other apical markers (DPPIV). Laser cuts of adherens junctions in Arpc4-KO gut explants revealed loss of normal tissue tension (recoil response) and resulted in striking tissue disintegration after cuts. We complement this data with in vitro studies using organoid model: Arp2/3 depletion (Arpc4-KO organoids) or Arp2/3 complex inhibition (CK-666) on wild-type gut organoids. Both depletion and inhibition resulted in disorganized organoid appearance, with altered cell shapes and reduced ZO-1 signal. These results point to a critical role for Arp 2/3 activity in maintenance of apical junctional integrity and intestinal barrier function.