Biologie cellulaire, Membrane plasmique, Protrusions, Cytosquelette d'actine, Complexe Arp2/3, Interactions hôte/pathogène

Les déformations de la membrane plasmique régulent un large éventail de processus physiologiques, tels que la migration des cellules, leur adhésion et l'exploration de leur microenvironnement. Ces déformations peuvent également être induites lors de l'interaction d'agents pathogènes avec la membrane plasmique de la cellule hôte, comme illustré par la bactérie extracellulaire Neisseria meningitidis (Nm). En adhérant à la surface des cellules épithéliales et endothéliales humaines, Nm induit la formation de protrusions de membrane plasmique ressemblant à des filopodes. Étonnement, les protrusions induites par Nm se forment indépendamment de la réorganisation du cytosquelette d'actine, qui ne se produit seulement que dans un second temps. Leur formation repose plutôt sur un processus physique, appelé mouillage unidimensionnel (1D), que le laboratoire a récemment décrit et qui repose sur l'interaction de la membrane plasmique avec des nanofibres adhésives, ici les pili de type 4 bactériens. Au-delà de l'infection, ce type de nanofibres adhésives se retrouvent dans la matrice extracellulaire, suggérant un rôle plus large des protrusions de membrane induites par mouillage 1D dans la régulation de processus physiopathologiques. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires précis qui coordonnent la déformation de la membrane par mouillage 1D à la réorganisation ultérieure du cytosquelette d'actine sont encore inconnus. Pour répondre à cette question, j'ai combiné des approches de microscopie photonique et électronique à haute résolution avec des analyses de protéomique, de transcriptomique, ainsi que des perturbations génétiques et chimiques sur cellules épithéliales et endothéliales primaires humaines infectées par Nm. De manière surprenante, mon travail a mis en évidence des spécificités de type cellulaire qui étaient jusqu'alors inenvisageables. Tout d'abord, l'analyse morphologique des protrusions de membrane induites par mouillage 1D dans les deux types cellulaires a montré que les cellules endothéliales forment des protrusions de membrane plus épaisses et plus longues. Ce processus s'accompagne de la formation de réseaux d'actine présentant des organisations ultra-structurales distinctes, comme révélé par cryo-tomographie électronique. Alors que les protrusions d'origine épithéliale contiennent des filaments d'actine linéaires, rappelant les structures composant les microvillosités, les protrusions dérivées des cellules endothéliales sont composées d'un réseau d'actine branché, suggérant fortement l'implication du complexe Arp2/3. En accord, l'analyse par immunofluorescence et des expériences de perturbations ont confirmé le rôle clé d'Arp2/3 dans la régulation de la réorganisation de l'actine dans les protrusions de membrane induites par mouillage 1D dans les cellules endothéliales. Ce processus repose sur l'activation de N-WASP par la petite GTPase Cdc42. Dans l'ensemble, mon travail de thèse a permis de mettre en évidence les mécanismes cellulaires et moléculaires qui coordonnent la réorganisation du cytosquelette d'actine dans les protrusions de membrane induites par mouillage 1D dans les cellules endothéliales et ouvre la voie à l'exploration de ce processus dans d'autres contextes pathophysiologiques et types cellulaires.