Mechanics and Dynamics of Cell Adhesion : Experimental Study of the Osteoclasts
Mécanique et Dynamique de l'Adhésion Cellulaire : Etude Expérimentale des Ostéoclastes
Résumé
Osteoclasts are large, multinucleated cells, which resorb mineralized bone. When an osteoclast encounters a substrate, dot-like actin-rich structures, the podosomes, appear and assemble into clusters, rings or a belt. We experimentally investigate, from a cell population to a single podosome, their function and dynamics. Over a cell population, kinetic measurements show that the cell surface area A scales as A ~ K2, where K is the number of nuclei, indicating a flat morphology. By defining quantities that account for the spatial distribution of the actin within the cell, we demonstrate that the podosomes organization only depends on the time after differentiation, and not on K. In a single osteoclast, the observation of a strong coupling between cell spreading and podosomes formation lead us to propose that podosomes play an important role in osteoclast motility. Analysis of osteoclast migration, and the forces it applies on the substrate, demonstrates that the internal dynamics of the actin within the cell does not only correlate with cell migration, but drives it. Finally, in order to understand the internal dynamics of a single podosome, we improved the model of Biben et al. (2005) by considering on the one hand, actin polymerization, and on the other hand, diffusion and attachment kinetics of the gelsolin, an actin severing protein. We find that podosomes are mainly governed by the actin dynamics, regardless of gelsolin concentration.
Les ostéoclastes sont des cellules multinucléées, responsables de la résorption osseuse. Quand ils sont déposés sur un substrat, des structures ponctuelles riches en actine, les podosomes, apparaissent et s'assemblent en clusters, anneaux ou ceinture. Nous avons étudié expérimentalement leur fonction et leur dynamique, depuis une population entière jusqu'à l'échelle d'un unique podosome. Sur une population de cellules, des mesures cinétiques montrent que la surface de la cellule A varie comme A ~ K2, où K est le nombre de noyaux ; ce résultat indique une forme aplatie. Par ailleurs, la mesure de quantités qui prennent en compte l'organisation spatiale de l'actine dans la cellule montre que l'organisation des podosomes ne dépend que du temps écoulé après différentiation, et non de K. Dans un seul ostéoclaste, l'observation d'un fort couplage entre l'étalement d'une cellule et la formation des podosomes nous a conduit a suggérer que les podosomes jouent un rôle important dans la mobilité des ostéoclastes. L'analyse de la migration d'ostéoclastes, ainsi que des forces appliquées sur le substrat, montre que la dynamique interne de l'actine dans la cellule est non seulement corrélée avec la migration cellulaire, mais la gouverne. Enfin, afin de comprendre la dynamique interne d'un podosome, nous avons amélioré le modèle de Biben et al. (2005), en prenant en compte d'une part, la polymérisation de l'actine, et d'autre part, la diffusion et la cinétique d'attachement de la gelsoline, une protéine responsable de la coupe des filaments d'actine. Nous montrons que les podosomes sont principalement gouvernés par la dynamique de l'actine, indépendamment de la concentration en gelsoline.
Domaines
Physique [physics]
Loading...