L'assemblage d'une machinerie mécanosensible des jonctions adhérentes déclenche la polymérisation et le remodelage de l'actine en réponse à la force actomyosine

Les cellules établissent des connexions entre elles par l’intermédiaire d’adhérences cellule-cellule et avec leur environnement via des adhérences cellule-matrice afin de maintenir l'intégrité des tissus sains et de réguler de nombreux processus biologiques, notamment la morphogenèse, la migration cellulaire collective et la cicatrisation. Ces structures permettent aux cellules de détecter et de s'adapter aux stimuli mécaniques intracellulaires et extracellulaires, qu'elles convertissent en signaux biochimiques grâce à un processus appelé mécanotransduction. Dans ce but, l'établissement et le maintien de jonctions cellule-cellule mécanosensibles sont essentiels. Initialement, les cellules entrent en contact les unes avec les autres en projetant des lamellipodes, dont la formation dépend de la polymérisation d'un réseau d'actine branché par le complexe Arp2/3. L’interaction entre les cadhérines des deux cellules déclenche l’assemblage des jonctions adhérentes (AJ). Lors de la maturation des AJs, le réseau d'actine branché est remodelé en faisceaux contractiles, ce qui renforce l'adhérence par le recrutement de protéines régulatrices de l’actine comme l'α-caténine, la vinculine et VASP. Des études cellulaires suggèrent que ces protéines sont recrutées en réponse à la force générée par l’actomyosine au niveau des jonctions adhérentes, où elles régulent la polymérisation et l'organisation de l'actine. Cependant, les mécanismes par lesquels l'actomyosine entraîne l'assemblage des composants des AJs afin d’en réguler la dynamique et l'architecture de l'actine restent à élucider. L'objectif de ce projet était donc d'étudier les mécanismes moléculaires par lesquels les protéines des AJ s'assemblent en réponse à la contraction de l'actomyosine et régulent la polymérisation et l'organisation de l'actine. La complexité de la signalisation qui contrôle les AJ justifie le recours à une approche expérimentale permettant d’isoler cette machinerie de son contexte cellulaire. A cette fin, nous avons développé un système minimal in vitro à base de protéines purifiées dont l'organisation spatiale reproduit l'architecture bidimensionnelle de la face apicale d’un tissu épithélial. Ce système artificiel, structuré en un motif micropatterné en nid d’abeille, permet l’immobilisation de l’α-caténine à la périphérie de « cellules artificielles ». Grâce à la microscopie TIRF, ce dispositif permet de visualiser le recrutement de protéines fluorescentes et d’évaluer leur capacité à réguler la polymérisation ainsi que l’organisation du réseau d’actine, en réponse à l’ajout de myosine. En combinant jusqu'à huit protéines différentes, nous avons réussi à reconstituer in vitro la mécanosensibilité des jonctions adhérentes. Nos observations montrent que la liaison d'un réseau d'actomyosine contractile à l'α-caténine suffit à induire le recrutement de la vinculine et de VASP. Une fois formée, cette machinerie stimule l'assemblage de l'actine, inhibe la formation d'un réseau d'actine branché par Arp2/3 et remodèle le réseau d’actine en faisceaux épais.