Mechanotransduction in mitotic spindle positioning : Role of external forces and mechanical cortex properties

par Jenny Fink

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Biologie cellulaire

Sous la direction de Matthieu Piel.

Soutenue en 2009

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

mots clés

• Ifibres de rétraction
• Transduction du signal cellulaire
• Cellules animales
• Fuseau mitotique

Titre traduit

= Mécanotransduction et orientation du fuseau mitotique : Rôle des forces externes et propriétés mécaniques du cortex

Résumé

L’orientation du fuseau mitotique est un processus clé qui est conservé des levures aux cellules animales. Il est essentiel pour la destinée cellulaire, pour le développement et pour l’organisation des tissues. Dans des cellules animales, il est généralement accepté que des stimuli externes polarisent le cortex d’actine, et que cette polarisation est ensuite transmise au fuseau mitotique et guide son positionnement. Au cours de ma thèse, j’ai étudié l’influence des forces extracellulaires sur l’orientation du fuseau mitotique dans des cellules mammifères en culture. Nous avons pu montrer que ces forces extracellulaires, transmises au corps cellulaire mitotique par l’intermédiaire des fibres de rétraction, étaient capables de diriger l’orientation du fuseau. Nous avons donc identifié une fonction nouvelle pour la mécano-transduction - la conversion de forces mécanique en signaux biochimiques qui finalement induisent une réponse cellulaire - pendant la mitose. Ces découvertes démontrent également que les signaux de polarisation biochimiques – qui ont été beaucoup étudiés par le passé – ne sont pas les seuls signaux régulant l’orientation du fuseau. Par ailleurs, nous avons pu montrer que le cortex d’actine était mécaniquement polarisé pendant la mitose: un quadrant du cortex était très souvent jusqu’à deux fois plus rigide que les trois autres quadrants. Le fuseau mitotique était aligné le long de ce gradient de rigidité avec un pole du fuseau apposé au quadrant le plus dur, un comportement qui a été également prédit par des simulations effectuées dans l’équipe de François Nedelec.

Résumé

In mitosis, positioning of the microtubule spindle represents a key process that is conserved from yeast to animal cells. It is essential for cell fate, development and tissue organization and perturbations of this process can have as dramatic effects as uncontrolled cell dissemination and death of the whole organism. In animal cells, external stimuli are thought to polarize the actin cortex, and this polarization is subsequently transduced to the microtubule spindle leading to its positioning. During my thesis, I studied the influence of extracellular pulling forces on mitotic spindle orientation in cultured cells. We demonstrated that these extracellular forces that were transmitted to the mitotic cell body via retraction fibres could direct spindle positioning. We thus identified a novel function for mechanotransduction, i. E. The conversion of mechanical forces into biochemical signals that finally induce a cellular response, in the context of mitotic spindle positioning. These findings additionally demonstrate that biochemical cues -predominantly investigated by previous studies - are not the only important signals regulating spindle positioning. We could furthermore show that the actin cortex is mechanically polarized during mitosis: one cortex quadrant was often up to twice stiffer than the remaining three quadrants. The mitotic spindle appeared to be aligned with this stiffness gradient, one pole facing the stiffest quadrant. Simulations of spindle dynamics, performed in the group of François Nedelec, could predict this observed behaviour when using our measured parameters for cortical rigidity and microtubule dynamics.