Etude de la régulation de l'architecture du réseau de microtubules

Regulation of microtubule network architecture

• Auteur / Autrice : Matthieu Gelin
• Direction : Laurent Blanchoin, Manuel Théry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Minc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Derivery, Martial Balland
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Surrey, Christophe Le Clainche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtubules

Actine

Biologie moléculaire

Mots clés libres

Actine

Cytosquelette

Mecanique

Mechanics

Actin

Microtubule

Résumé

Le cytosquelette est impliqué dans une myriade de processus cellulaires telle que la motilité, la division, ou encore le contrôle de la forme cellulaire. L’actine et les microtubules sont deux classes de polymères jouant un rôle important dans l’organisation du cytosquelette. Bien que notre compréhension de leurs propriétés mécanochimiques se soit grandement améliorée cette dernière décennie, il reste encore beaucoup à comprendre sur les mécanismes contrôlant leur interaction et leur rôle sur la dynamique du cytosquelette. Dans cette étude, nous avons combiné une approche dites in vitro, utilisant des conditions biochimiques bien contrôlées, avec des techniques de microfabrication, permettant le contrôle spatial de différentes architectures d’actines et des microtubules. Nous avons montré que, même en l’absence de protéines régulatrices, les filaments d’actines et les microtubules peuvent se co-aligner de manière dynamique. Nous avons également vu que des microtubules libres de polymériser perpendiculairement au réseau branché d’actine, pouvaient générer une force capable de les propulser dans le sens opposé à leur croissance. L’orientation de ce déplacement était biaisée par la présence de faisceaux d’actines avec lesquels les microtubules s’alignaient. Nous avons ensuite contraint des microtubules entre deux réseaux branchés d’actines. Nous avons observé que leurs forces de polymérisation pouvaient surmonter la résistance mécanique du réseau branché, leur permettant ainsi de le traverser. Au cours de ces travaux, nous avons pu mettre à jour des principes généraux de l’interaction entre le réseau d’actines et les microtubules et la conséquence de cette interaction sur le comportement dynamique des microtubules.

The cytoskeleton is involved in a myriad of cellular functions such as motility, division, shape-changing. Actin and Microtubules are the two main classes of biopolymers involved in the cytoskeleton organization and are heavily studied. Although our understanding of the mechanical and chemical properties of actin filaments and microtubules has largely improved over the last decade, their complex interactions and the function of this crosstalk are still not well understood. In this work, we used a combination of reconstituted in vitro assays with well-characterized biochemical compositions, coupled with microfabrication techniques, to spatially control the interaction between different actin architectures and microtubules and observe their behaviours. Our results showed that even in absence of regulatory proteins, actin filaments and microtubules could dynamically co-align in a reconstituted system. We found that, when microtubules polymerized unconstrained and perpendicularly to a branched actin network, they were able to generate enough force to propel themselves in the opposite direction of their growth, as if they were growing against a solid wall. The direction of this displacement was biased by the presence of actin bundles that directed the microtubule motion along their length. We then constrained microtubules between two close bars of branched actin networks. We could observe that the microtubule polymerization force could overcome the resistance of the actin wall and allow the microtubule to cross it. In conclusion, we revealed new general principles regulating the interaction between actin networks and microtubules, and the consequence of this interaction on the microtubule dynamics.