Nuclear responses to forces during epithelial-mesenchymal transition

Mon projet explore comment les forces physiques générées au cours de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) influencent le noyau, mettant en lumière un aspect encore peu exploré : la mécanique nucléaire pendant l'EMT.L'EMT est un processus cellulaire réversible au cours duquel les cellules épithéliales perdent leur polarité apico-basale, réorganisent leur cytosquelette, réduisent leurs propriétés adhésives et potentiellement acquièrent des propriétés migratoires. Ce mécanisme hautement conservé joue un rôle central dans le développement, lors de la gastrulation et de l'organogenèse. Au-delà de ses fonctions développementales, l'EMT est également impliquée dans des contextes pathologiques. Dans le cancer, elle contribue à la formation des métastases et à la résistance aux thérapies. Comprendre les mécanismes sous-jacents à l'EMT représente donc un enjeu majeur. L'EMT inclue des étapes successives de génération de forces, notamment la constriction apicale qui génère un flux cytoplasmique responsable de la relocalisation basale du noyau. En utilisant l'invagination du mésoderme chez l'embryon de Drosophile comme modèle d'EMT, mon projet de thèse visait à décrypter l'impact de ces forces sur le noyau au cours de ce processus. J'ai montré qu'au cours de l'EMT, le noyau subit des déformations stéréotypées de son domaine apical. Ces déformations sont corrélées spatio-temporellement à la constriction apicale. Elles coïncident également avec une diminution de la rigidité nucléaire et à l'ancrage du centrosome au noyau. Lorsque ces paramètres sont altérés, comme dans le mutant kugelkern (kuk), les déformations disparaissent, suggérant que l'impact des forces sur le noyau est altéré chez ce mutant. Le noyau étant un organelle mécanosensible, capable de convertir un stimulus mécanique en signal biochimique. Des questions cruciales se posent alors : la déformation apicale du noyau affecte-elle la dynamique transcriptionnelle? Plus largement, les forces de l'EMT affectent-elles la mécanotransduction du noyau?Pour évaluer l'impact des forces de l'EMT sur la transcription, j'ai d'abord étudié la dynamique d'expression de snail et twist, deux régulateurs clés de l'EMT, déjà décrits comme mécanosensibles. En caractérisant leur dynamique au cours du développement et sous compression, en utilisant le système MS2-MCP pour suivre leur transcription en temps réel, j'ai observé que twist est directement sensible aux forces, contrairement à snail. Leurs positions respectives dans le noyau (déduites de leurs sites de transcription) étant très stéréotypées avec twist localisé en basal, tandis que snail est plus apical, ces observations nous amènent à penser que la transcription mécanosensible pourrait être régulée spatialement. Pour identifier l'ensemble des gènes répondant aux forces de l'EMT, nous avons réalisé une analyse transcriptomique à l'échelle du génome. Cela a été réalisé avant et pendant l'application des forces chez des embryons sauvages et mutants kuk, où la transmission des forces est altérée. Cela nous a permis de déterminer la distribution spatiale des gènes mécanosensibles. Nos résultats nous amènent à proposer que la région apicale du noyau, où se trouve snail, est moins réactive, ou protégée, face aux forces, comme le suggère la déplétion de gènes mécanosensibles dans cette zone. Enfin, j'ai combiné des micromanipulations mécaniques locales à l'aide de pinces optiques et le système MS2-MCP. J'ai pu montrer qu'une indentation locale de la partie basale du noyau est suffisante pour induire une réponse transcriptionnelle in vivo, tandis qu'une déformation apicale n'a pas effet. Ces données démontrent que l'effet des forces sur la transcription est purement mécanique et régionalisé.Je propose donc que la transcription mécanosensible en réponse aux forces de l'EMT soit spatialement régulée. Du fait de son organisation particulière, le noyau présente différents degrés de protection mécanique le long de son axe apico-basal.