Actin machinery and mechanosensitivity in invadopodia, podosomes and focal adhesions.

International audienceThe invasiveness of cells is correlated with the presence of dynamic actin-rich membrane structures called invadopodia, which are membrane protrusions that are associated with localized polymerization of sub-membrane actin filaments. Similar to focal adhesions and podosomes, invadopodia are cell-matrix adhesion sites. Indeed, invadopodia share several features with podosomes, but whether they are distinct structures is still a matter of debate. Invadopodia are built upon an N-WASP-dependent branched actin network, and the Rho GTPase Cdc42 is involved in inducing invadopodial-membrane protrusion, which is mediated by actin filaments that are organized in bundles to form an actin core. Actin-core formation is thought to be an early step in invadopodium assembly, and the actin core is perpendicular to the extracellular matrix and the plasma membrane; this contrasts with the tangential orientation of actin stress fibers anchored to focal adhesions. In this Commentary, we attempt to summarize recent insights into the actin dynamics of invadopodia and podosomes, and the forces that are transmitted through these invasive structures. Although the mechanisms underlying force-dependent regulation of invadopodia and podosomes are largely unknown compared with those of focal adhesions, these structures do exhibit mechanosensitivity. Actin dynamics and associated forces might be key elements in discriminating between invadopodia, podosomes and focal adhesions. Targeting actin-regulatory molecules that specifically promote invadopodium formation is an attractive strategy against cancer-cell invasion

β1A Integrin Is a Master Regulator of Invadosome Organization and Function

Use of patterned surfaces, reverse genetics, and time-controlled photoinactivation showed that β1 but not β3 integrins are required for invadosome formation, self-assembly, and stabilization into a ring structure. The activation state of β1 as well as its phosphorylation by protein kinase C on Ser785 control these process and link to the degradative function

Caractérisation et modélisation de la sensibilité du macrophage alvéolaire aux propriétés mécaniques et adhésives du substrat

La sensibilité du macrophage alvéolaire aux propriétés mécaniques de son substrat d'adhérence est étudiée par un modèle cellulaire comprenant des macrophages alvéolaires adhérant sur des substrats de rigidités croissantes variant de 0.1 kPa à 7.10 [puissance] 9 kPa : monocouche de cellules épithéliales, gels de polyacrylamide mou et rigide, substrats rigides (plastique, verre) traités ou non au collagène de type I. Les propriétés structurale et mécanique ont été étudiées en fonction des propriétés du substrat par des méthodes d'imagerie de reconstruction 3D du cytosquelette d'actine et de micromanipulation cellulaire: magnétocytométrie à mesure de rotation et pinces optiques utilisant des microbilles, champs de déformation du substrat sub/pericellulaire estimé par déplacement de nanobilles immergées dans le gel mou. Enfin, un modèle numérique aux éléments finis a permis de décrire les interactions mécaniques microbille-macrophage-substrat. Le comportement du macrophage en réponse au substrat se caractérise par des changements de forme sans remodelage structural, l'absence de fibres de tension et de points focaux d'adhérence, pas de rigidification du cytosquelette sous contrainte et/ou induit pas le substrat, tension interne négligeable, sensibilité modérée à la rigidité du substrat d'adhérence. Le comportement des macrophages diffère fortement de celui des cellules plus classiquement étudiées pour leur orientation fonctionnelle vers la constitution de tissus. Sur la base de l'ensemble des résultats obtenus, il apparaît que la sensibilité du macrophage dépend d'une régulation dynamique dont le siège pourrait être les sites d'actine dense (notamment les podosomes) en relation étroite avec les éléments non actiniques du cytosquelette.The sensitivity of alveolar macrophages to mechanical properties of its underlying substrate are studied by a cellular model composed of alveolar macrophages adhering on substrates of increasing stiffness in the range 0.1 kPa to 7.10 [puissance] 9 kPa : alveolar epithelial cell monolayer, soft and rigid polyacrylamide gels, rigid substrates (plastic or glass) treated or not with type I collagen. Structural and mechanical properties have been studied as of function the substrate properties by methods permitting 3D-reconstruction of actin cytoskeleton images and cellular micromanipulation: Magnetic Twisting Cytometry based on measure of microbead rotation, optical tweezers, strain fields of the underlying substrate estimated from displacement of nanobeads immersed in the substrate. Moreover, a numerical finite element model allowed to describe the mechanical interactions microbead/macrophage/substrate. The macrophage behaviour in response to the substrate is characterized by : changes in cell shape with no evidence of structural remodelling, lack of stress fibers and focal adhesion, negligible cellular prestress, no cellular hardening caused by stress or substrate. Results on macrophages greatly differ from the behaviour of more classically studied cells which are functionally oriented towards tissue formation. Based on whole results, it appears that macrophage sensitivity is dependent on a dynamic regulation whose location could be the sites of dense F-actin (such as podosomes) in close relation with the non actinic elements of the cytoskeleton.PARIS12-CRETEIL BU Multidisc. (940282102) / SudocSudocFranceF

Rôle de l'environnement mécanique dans la dynamique des systèmes d'adhérence cellulaire (étude spatio-temporelle de microdomaines d'actine)

Les propriétés mécaniques du substrat s'avèrent être un régulateur important des mécanismes de l'adhésion cellulaire. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la régulation par l'environnement mécanique, de la formation et de la dynamique de structures spécifiques d'actine, les podosomes. Les podosomes sont des sites d'adhésion ponctuels et très dynamiques de la cellule à la matrice extracellulaire et peuvent s'auto-organiser en structures annulaires appelées rosettes dont le comportement dynamique global est lié à la dynamique individuelle des podosomes qui les compose. Par l'utilisation de gels de polyacrylamide dont on fuit varier la rigidité, nous avons montré que le temps de vie des podosomes et la distance qui les sépare varie avec la rigidité du substrat, malgré une constance structurelle des rosettes dans des environnements mécaniques différents. Par ailleurs, l'analyse du comportement des rosettes par une méthode de flot optique révèle des propriétés d'oscillations temporelles de ces structures, dont la période est indépendante de l'environnement mécanique. A partir de ces résultats, nous avons proposé un modèle théorique de formation des rosettes basé sur une polymérisation autocatalytique de l'actine afin de rendre compte de la nature auto-organisée de ces structures.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

La migration des cellules et leur sensibilité aux propriétés physiques de la matrice extracellulaire (rôle d'ICAP-1, un régulateur des intégrines et de la contractilité)

Les cellules sont organisées en tissus dont les propriétés physiques comme la rigidité et l'élasticité sont variables. La matrice extracellulaire (MEC) est produite et remodelée par les cellules qui s'adaptent en retour aux conditions physico-chimiques de cet environnement extracellulaire. Cela nécessite une communication bidirectionnelle entre la cellule et la matrice. Les intégrines sont des protéines transmembranaires impliquées dans l'adhérence, liant la MEC au cytosquelette d'actine via une plateforme protéique appelée adhérence focale, lieu d'une double signalisation (inside-out et outside-in). Des variations de tension intracellulaire imposées par l'environnement modifient la distribution et la taille de ces adhérences. Leur dynamique est aussi contrôlée par certaines protéines cytoplasmiques comme la protéine ICAP-1, partenaire de l'intégrine b1. En cherchant à comprendre le lien entre la tension interne et l'activation des intégrines, j'ai montré qu'ICAP-1 contrôle l'étalement, la contractilité interne et la migration cellulaire en présence comme en absence de l'intégrine b1, révélant un rôle ICAP-1 indépendant de son interaction avec l'intégrine b1. Ce contrôle semble passer par l'interaction ICAP-1/ROCK et a révélé un contrôle de l'intégrine b3 par l'intégrine b1.The physical properties of cell tissues are variable and cells adapt their behaviour to the physical and chemical extracellular environment such as rigidity and composition of the extracellular matrix (ECM) which is produced and remodelled by cells. This implicates a bidirectionnal signalling between cells and the ECM. Integrins are transmembrane proteins involved in cell adhesion, linking the ECM to the actin cytoskeleton through adaptor proteins forming adhesion site called focal adhesion (FA) where take place an inside-out and an outside-in signallings. Intracellular tension can be controlled by extracellular cues, modifying the size and distribution of FA. FA dynamics is also regulated by cytoplasmic proteins such as ICAP-1 that interacts with b1 integrin. Looking for a better comprehension of the link between cell tension and integrin activation, I show that ICAP-1 controls cell spreading, cell contractility and cell migration both in presence or absence of b1 integrins meaning that ICAP-1 has an action without its interaction b1 integrin. This action seems to implicate the interaction between ICAP-1 and ROCK and revealed a control of b1 integrin on b3 integrin.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Tension cellulaire et trafic des intégrines

International audienc

Podosomes are dispensable for osteoclast differentiation and migration

International audienc

Single cells spreading on a protein lattice adopt an energy minimizing shape

International audienceWhen spreading onto a protein microlattice living cells spontaneously acquire simple shapes determined by the lattice geometry. This suggests that, on a lattice, living cells' shapes are in thermodynamic metastable states. Using a model at thermodynamic equilibrium we are able to reproduce the observed shapes. We build a phase diagram based on two adimensional parameters characterizing essential cellular properties involved in spreading: the cell's compressibility and fluctuations

Spatiotemporal dynamics of actin-rich adhesion microdomains: influence of substrate flexibility.

In this study we analyse the formation and dynamics of specific actin-rich structures called podosomes. Podosomes are very dynamic punctual adhesion sites tightly linked to the actin cytoskeleton. Mechanical properties of substrates are emerging as important physical modulators of anchorage-dependent processes involved in the cellular response. We investigate the influence of substrate flexibility on the dynamic properties of podosomes. We used mouse NIH-3T3 fibroblasts, transfected with GFP-actin and cultured on polyacrylamide collagen-coated substrates of varying stiffness. Static and dynamic features of cell morphologies associated with an optical flow analysis of the dynamics of podosomes revealed that: (1) they have constant structural properties, i.e. their shape factor and width do not change with the substrate flexibility; (2) the lifespan of podosomes and mean minimum distance between them depend on the substrate flexibility; (3) there is a variation in the displacement speed of the rosette of podosomes. Moreover, the rosettes sometimes appear as periodically emergent F-actin structures, which suggests that a two-level self-organisation process may drive first, the formation of clusters of podosomes and second, the organisation of these clusters into oscillating rings. Such dynamic features give new perspectives regarding the potential function of podosomes as mechanosensory structures