QuanTI-FRET, un outil d'imagerie pour l'analyse de la mécanotransduction dans les cellules vivantes uniques

QuanTI-FRET, an imaging tool to study mechanotransduction in isolated living cells

• Auteur / Autrice : Alain Lombard
• Direction : Aurélie Dupont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Etienne Wolf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Léa-Laetitia Pontani, Irina Mihalcescu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Freyssingeas 19..-...., Mathieu Coppey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie en autofluorescence

Transduction du signal cellulaire

Mots clés libres

Fluorescence

Mecanotransduction

Interface physique biologie

Cellule

Fluorescence

Mecanotransduction

Cell

Biophysics interface

Résumé

De nombreux processus cellulaires élémentaires (migration, différentiation, mort) sont contrôlés par des ensembles d'acteurs reliés entre eux par des réactions en cascade. Certains de ces réseaux de signalisation convertissent des signaux mécaniques extérieurs à la cellule en signaux biochimiques internes, processus appelé mécanotransduction. Nous cherchons à étudier ces réseaux dans une approche de traitement du signal, pour déterminer expérimentalement un analogue de la fonction de transfert en espace et temps pour la mécanotransduction.Le contrôle de la variable d'entrée mécanique est assuré par différents types de substrats 2D que nous avons mis en place, comme la simple surface de verre, des motifs géométriques d'adhérence, et des substrats magnéto-actifs (composés de micro-piliers insérés dans un élastomère) pouvant stimuler localement et dynamiquement les cellules.La mesure de la variable de sortie biochimique est assurée par des biosenseurs FRET. La fluorescence qu'ils émettent est collectée à travers un microscope de fluorescence en champ large inversé. Nous avons mis en place le calcul de l'efficacité de FRET quantitative à partir de cette fluorescence sans l'utilisation de standards de FRET. Elle donne accès à l'activité en espace et en temps de certaines molécules des réseaux de signalisation.Quelques outils sont enfin présentés comme potentiels candidats pour réaliser la fonction de transfert, parmi lesquels des combinaisons de méthodes de corrélations, et la décomposition en valeurs singulières utilisée en acousto-optique. La combinaison de ces outils et méthodes reste complexe, notamment pour mettre en évidence un comportement biologique à partir d'une grandeur quantitative. Les premiers usages de ces outils ne présentent pas de résultat biologique majeur, mais sont prometteurs pour étudier la mécanotransduction.

Many elementary cellular processes (migration, differentiation, death) are controled by a set of agents linked together by cascade reactions. Some of these signaling networks convert mechanical signals external to the cell into internal biochemical signals, a process called mechanotransduction. We seek to study these networks through a signal processing approach, in order to experimentally determine an analogous of the transfer function in time and space for mechanotransduction.Controlling the input variable is done by different type of 2D substrates which have been developped, from the simple glass surface, the adherent geometrical patterns, to the magneto-active substrates (composed of micro-pillars inserted into an elastomer) capable of stimulating locally and dynamically the cells.Measuring the biochemical output variable is done by FRET biosensors. The fluorescence emitted is collected through an inverted widefield fluorescence microscope. We set up the quantitative FRET efficiency calculus from this fluorescence without using FRET standards. It gives access to the activity in space and time of some molecules of network signalisation.Some tools are finally presented as potential candidates to perform the transfer function, among them are combination of correlation methods, and singular value decomposition used in acousto-optics. Combiantion of these tools and methods remains complex, particularly to highlight a biological behaviour from a quantitative quantity. The first use of these tools do not give any biological result, but are promising to study mechanotransduction.