Interplay between shape, tension and adhesion during early cell spreading
Relation entre forme, tension et adhésion au cours de l'étalement d'une cellule animale
Résumé
Each cell of an animal has the same genome. Nevertheless, those cells can express many different phenotypes, associated to different shapes and architectures. It has been recently shown that the mechanical environment can influence both cell shape and phenotype. Thus, we can wonder how a cell gets its shape and what part its mechanical environment plays in it. In general, a shape results from an equilibrium of forces beetwen the inside and the outside. In the cell, the tensile forces exerted by the acto-myosin cytoskeleton are transmitted to the substrate through proteins aggregates named adhesion complexes. Here, we studied the early spreading of fibroblasts, an event in which those cells go from a spherical shape to an isotropic spread shape. In order to determine how adhesion formation correlates with the tension released to the substrate during this process, we built up a setup able to measure the cellular traction forces in a uniaxial geometry and to monitor simultaneously the organization of adhesion complexes through TIRF microscopy. This setup permitted us to develop a scenario of cell spreading in two phases. In the first phase, the spreading is fast, the force is null and no adhesion complexe is visible. The transition to the second phase occurs when the shape of the cell body reach a critical contact angle of 90°. Here, the force starts to build up followed by adhesions and a slow-down of cell spreading. We next investigated how the mechanical environment could affect this scenario. To do that, we first modified the stiffness of our force probe; then, we compared the pattern of adhesion for a cell spreading on one plate or between two microplates.
Chaque cellule d'un animal possède le même génome. Pourtant, ces cellules peuvent avoir des formes et des phénotypes très différents. Or, il a été démontré que l'environnement mécanique peut influencer la forme et même le phénotype cellulaire. On peut donc se demander comment une cellule acquiert une forme, et quelle place joue l'environnement mécanique dans ce processus. Dans cette thèse, nous avons étudié l'étalement précoce de fibroblastes, événement au cours duquel ces cellules passent d'une forme sphérique, où aucune tension n'est transmise au substrat, à une forme étalée, où les cellules compriment le substrat en transmettant leur tension interne à travers des agrégats de protéines que l'on nomme complexes d'adhésion. Afin de déterminer comment la formation de ces complexes corrèle avec la tension transmise au substrat pendant l'étalement, nous avons mis au point un dispositif capable de mesurer les forces de traction cellulaire en géométrie uniaxiale et d'imager la réorganisation des complexes d'adhésion. Ainsi, nous avons pu montrer que lorsque l'étalement est rapide, la force est nulle et aucun complexe d'adhésion n'est formé. Puis la force commence à croître suivie des adhésions, tandis que l'étalement se fait plus lent. La transition entre ces deux phases semble gouvernée par un changement de forme du corps cellulaire lorsque l'angle qu'il forme avec le substrat dépasse 90°. Nous avons ensuite cherché à savoir comment l'environnement mécanique des cellules pouvait affecter ce scénario en faisant varier la raideur de notre senseur de force, puis en comparant la forme du contact adhésif lorsque la cellule s'étale sur une plaque et entre deux plaques.
