Mécanique de l'extraction d'antigène par les cellules B

Mechanics of antigen extraction by B cells

• Auteur / Autrice : Anita Kumari
• Direction : Ana-Maria Lennon-Duménil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/10/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Immunité et cancer / U932
• Jury : Président / Présidente : Claire Hivroz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ana-Maria Lennon-Duménil, Claire Hivroz, Pavel Tolar, Pierre-Henri Puech, Martial Balland, Paolo Pierobon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pavel Tolar, Pierre-Henri Puech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système immunitaire

Antigènes

Lymphocytes B

Mots clés libres

Sciences de la vie et de la santé

Life and health sciences

Résumé

Les lymphocytes B sont un des éléments essentiels de l’immunité adaptative de par leur fonction de production d’anticorps. In vivo, leur activation est principalement déclenchée par l’engagement de leur récepteur BCR (B cell receptor) associé à des antigènes présents à la surface des cellules voisines. Cette interaction conduit à la formation d'une synapse immunitaire qui coordonne les événements de réorganisation de la signalisation et du cytosquelette qui sont essentiels pour l’extraction et le traitement des antigènes par les lymphocytes B. Deux modèles ont été proposés pour l'extraction d’antigènes : (1) L'étalement des membranes suivie d'une contraction cellulaire et (2) l'extraction mécanique directe des complexes moléculaires BCR-antigène. Selon le premier modèle, la reconnaissance spécifique par le BCR des antigènes liés à la bicouche lipidique, conduit à la contraction du cytosquelette d'actine transportant les antigènes associés au BCR vers le centre de la synapse. Le deuxième modèle résulte d'observations effectuées à l'aide d'un microscope à force atomique, d'antigènes associés à la membrane plasmatique suggérant que la protéine motrice myosine II tire activement sur des complexes BCR-antigène dans des puits enduits de clathrine. Il a également été montré que les antigènes peuvent être internalisés via la sécrétion de protéase à la synapse, mais cette voie ne s'active que si la voie mécanique échoue, typiquement sur des substrats non déformables enduits d'antigènes. Dans cette étude, nous avons développé une méthode pour extraire des modèles de force en utilisant des substrats déformables enduits d'antigènes pour la visualisation directe de la force (microscopie de force de traction, TFM). Nous démontrons l'existence de forces contractiles globales à la périphérie de la synapse et des forces d'attraction locales au centre. Les forces contractiles périphériques dépendent de l'organisation centripète de la myosine II, alors que les forces de traction centrales sont générées par des protubérances de F-actine formées de manière dépendante à la myosine II. Nous avons observé des contractions pulsatives et collectives, qui mettent potentiellement en évidence l'organisation de structures d'actine au centre de la synapse par l'intermédiaire de l'activité de la myosine II par intermittence. Nos résultats proposent donc un modèle unifié pour l'extraction de l'antigène par les lymphocytes B, où la myosine II est nécessaire pour la contraction cellulaire globale ainsi que pour l'internalisation de l'antigène par la régulation locale de la dynamique de l'actine. Il est important de noter que les méthodes et le modèle proposés ici peuvent être généralisés à d'autres systèmes impliquant l’association de molécules associé à une surface pouvant concerner de nombreux processus d’endocytose in vivo.

B cells produce antibodies and are therefore essential effectors of adaptive immunity. In vivo, their activation is mostly triggered by the engagement of their B cell receptor (BCR) with antigens exposed at the surface of neighboring antigen presenting cells. This leads to formation of an immune synapse that coordinates the signaling and cytoskeleton rearrangement events that are essential for B cells to extract and process antigens. Two models have been proposed for extraction of surface-tethered antigens by B cells: (1) Membrane spreading followed by cell contraction and (2) direct mechanical pulling on BCR-antigen molecular complexes. According to the first model, specific recognition by the BCR of antigens bound to supported lipid bilayer leads to contraction of the actin cytoskeleton, transporting BCR-bound antigens towards the centre of the synapse. The second model arose from observations made using atomic force microscopy of antigens tethered to plasma membrane sheets, which suggest the actin based motor protein myosin II actively pulls on BCR-antigen complexes in clathrin coated pits. It has also been shown that antigens can be internalized via protease secretion at the synapse, but this pathway only activate if the mechanical pathway fails, typically on non-deformable antigen coated substrates. In this study, we developed a method for extracting force patterns using antigen-coated substrate deformations for direct force visualization (traction force microscopy, TFM). We demonstrate the existence of global contractile forces at the periphery of the synapse and local pulling forces at its center. Peripheral contractile forces were dependent on the centripetal organization of myosin II, whereas central pulling forces were generated by F-actin protrusions formed in a myosin II-dependent manner. We observed collective pulsatile contractions, potentially underlying the organization of actin structures in the center of the synapse through intermittent myosin II activity. Our results thus propose a unified model for antigen extraction by B cells where myosin II is needed for global cell contractility as well as for antigen internalization through local regulation of actin dynamics. Importantly, the methods and model proposed here may be generalizable to other systems involving surface-tethered molecules, as this model might concern many endocytic processes in vivo.