Lieu : Centre Broca
Xuesi Zhou 
Equipe Giannone – IINS
Directeurs de thèse : Grégory Giannone (IINS) et Brahim Louinis (LP2N)
Titre
Deciphering the mechano-properties of the membrane periodic skeleton in neurons using super-resolution microscopy
(Déchiffre les propriétés mécaniques du squelette périodique de la membrane dans les neurones à l’aide de la microscopie à super-résolution)
Résumé
La mécanotransduction est la détection des forces mécaniques par les cellules et leur conversion en signaux biochimiques. Les événements de mécanotransduction sont essentiels à la régulation des fonctions neuronales au cours des processus physiologiques, tels que le développement et la transmission synaptique, et des événements physiopathologiques, notamment les lésions cérébrales traumatiques et la neurodégénérescence, ou au cours du vieillissement. Les axones subissent des forces lors de la flexion des membres, mais aussi lors des interactions avec les post-synapses et la neuroglie dans le cerveau. Le squelette périodique membranaire d’actine-spectrine (MPS) des axones, révélé par super-résolution avec une période d’environ 190 nm, pourrait jouer un rôle crucial dans la mécanodétection des neurones. Les tétramères de ab-spectrine à l’intérieur du MPS peuvent théoriquement s’étendre sous l’effet de la force. La MPS est également composée de protéines d’adhésion, de liaison à l’actine et de signalisation (telles que Src, CB1), dont certaines ont été identifiées comme des mécanosenseurs de cellules non neuronales.
Mon doctorat vise à découvrir si la MPS dans les axones est une structure mécanosensible en étudiant la réponse mécanique et les réorganisations de ses composants au niveau moléculaire. Nous avons récemment mis au point le seul dispositif d’étirement des cellules compatible avec la microscopie à super-résolution, qui permet de capturer la réponse mécanique aiguë de protéines individuelles à l’intérieur de structures mécanosensibles. Nous avons d’abord adapté le dispositif d’étirement aux neurones pour obtenir des images de la MPS par super-résolution et quantifier ses déformations et réorganisations moléculaires après l’étirement. Nous avons ensuite appliqué un étirement de 30 % aux axones à différentes vitesses (0,1 s, 1 s, 100 s). Un étirement rapide (0,1s, 1s) a induit une augmentation de la période de la spectrine et de la déformation plastique irréversible du MPS (0,1s) ou de la déformation élastique réversible du MPS (1s), tandis qu’un étirement lent (100s) n’a pas modifié la période de la spectrine. Ainsi, la MPS est une structure mécanosensible résiliente, mais des déformations rapides extrêmes perturbent son organisation moléculaire. Nous avons également révélé la dissociation mécanodépendante de l’adducine (protéine de coiffe de l’actine), démontrant une réorganisation moléculaire active de la MPS. Nous sommes convaincus que nous pourrons obtenir tous les résultats nécessaires pour démontrer pour la première fois que la MPS est une structure mécanosensible qui répond à la force par la réorganisation de la spectrine et des protéines de liaison à l’actine.
En collaboration avec le groupe de Christophe Lamaze à l’Institut Curie (Paris, France), nous avons adapté notre stratégie pour évaluer l’impact de l’étirement mécanique dans la réorganisation à l’échelle nanométrique de la cavéoline dans les cellules endothéliales, en utilisant la super-résolution.
Mots clés : mécanodétection, axone, squelette périodique membranaire, spectrine, étirement cellulaire, microscopie à super résolution
Jury
- Christophe Leterrier, INP (Rapporteur)
- Marina Mikhaylova, HU Berlin (Rapporteuse)
- Pierre Nassoy, LP2N (Examinateur)
- Nils Gauthier, IFOM (Examinateur)
- Francesca Pennacchietti, KTH (Examinatrice)
- Brahim Louis, Université de Bordeaux (Directeur)
- Grégory Giannone, IINS (Co-directeur)
- Anna Brachet, IINS (Invité)