Aspects biophysiques de l'adhérence intercellulaire : rôle des cadhérines dans les interactions membrane-cytosquelette

par Erdem Tabdanov

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Sylvie Dufour.

Soutenue en 2008

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Cortex cellulaire
• Nanotubes de membrane
• Extrusion hydrodynamique
• Interaction membrane-cortex
• Membrane cellulaire
• Cadhérines
• Cytosquelette

Résumé

Le cytosquelette cortical est impliqué dans tous processus impliquant la surface cellulaire. Il est associé à la membrane soit de manière transitoire ou durable. La E-cadhérine est une molécule d’adhérence qui stimule le développement de contact intercellulaire et augmente l’énergie d’adhérence intercellulaire en induisant le remodelage du cytosquelette d’actine. J’ai utilisé la technique d’étirement hydrodynamique de nano-tubes membranaires à partir de cellules pour analyser les interactions membrane-cytosquelette. J’ai réalisé des étirements de tubes soit à partir de billes recouvertes de polylysine (extrusion aspécifique) ou d’anticorps spécifiques de la E-cadhérine et à partir de cellules exprimant ou non des cadhérines. Les résultats oobtenus montre que l’extrusion « aspécifique » de tube de membrane est gouvernée par deux modes principaux d’écoulement de composants membranaires selon leur relation avec le cytosquelette cortical sous-jacent : (1) le détachement du cortex sous la membranes à proximité du tube, et (2) la dissipation visqueuse dans la zone distale. Les résultats provenant des extrusions « spécifiques » de tubes de membranes montrent que l’engagement des E-cadhérines augmente fortement l’énergie d’adhésion membrane-cytosquelette cortical. Cependant, cela se produit dans une zone strictement localisée au site adhésif. Après détachement des interactions membrane-cytosquelette, une récupération complète de leur adhésion est observée en 30 secondes montrant le rôle crucial des cadhérines dans la dynamique du remodelage cortical. Parfois lors de l’extrusion « spécifique » il y a formation de protubérance cylindrique d’un diamètre bien supérieur à celui d’un tube de membrane classique et d’environ 10-20 µm de long, appelée « tube cortical géant ». Il permet de mesurer le module de courbure du cortex cellulaire kc=2. 4. 10-16J. Ces résultats montrent le rôle crucial de la e-cadhérine dans le contrôle de l’interaction membrane-cytosquelette.

Titre traduit

The biophysical aspects of intercellular adhesion : role of e-cadherins in membrane-cytoskeleton interactions

Résumé

Cytoskeleton cortex is the basic cellular structure, determining cell viscoelastic properties and membrane dynamics. It is involved in every cell-surface associated process. Cadherins are transmembrane adhesion receptors spatially associated with actin cytoskeleton remodelling and promoting cell-cell adhesion and increasing adhesion energy. I used the tether extrusion technique, which consists of a hydrodynamic pulling of membrane tube from the cell surface, to directly measure the membrane-cytoskeleton interaction and adhesion energy. I performed specific or unspecific tether extrusions to compare the effect of E-cadherin-induced modification of cortex-membrane interactions. The results show that membrane tether unspecific extrusion is ruled by two main modes of the flow of membrane components through cytoskeleton related membrane-supporting network : (1) the detachment of the flowing membrane apart the cortex in the proximal zone of the tether’s neck and (2) the viscous permeation of molecules in the flowing membrane at the distal zone. For specific extrusion, the initial stage of tube elongation is extremely resistant to the hydrodynamic force, followed by the regular extrusion resistance, comparable to unspecific case. Together, these data show that E-cadherin engagement largely increases the energy of the plasma membrane-cortex adhesion, but restricted at the cell-bead interface zone. In some cases of specific extrusion, a giant cortical tube is formed corresponding to a cylindrical protrusion of 4-5µm in diameter and 10-20µm in length. It reveals the presence of the membrane-supporting cytoskeleton inside the tube and its contractile activity. This phenomenon allows measuring the cell cortex curvature modulus Kc =2. 4. 10-16J and also displays the strong anchoring of the cortex to the cell surface through E-cadherins. The results show the E-cadherin-promoted cortex reorganization and reveal its restriction to the adhesive zone.