Introduction
Les tissus vivants ont une plasticité remarquable illustrée par leur capacité à se régénérer et à développer des organes normaux malgré des perturbations dramatiques. Ceci est basé sur la capacité étonnante de chaque cellule à adapter son comportement aux informations locales (par exemple : signal paracrine, signalisation dépendant du contact, forces adhésives) et aux informations à l’échelle du tissu (par exemple : taille du tissu, densité du tissu). Notre laboratoire s’intéresse généralement à la plasticité du comportement cellulaire et plus particulièrement à l’ajustement et à la régulation de la mort cellulaire en épithélium. Les épithéliums sont des couches bidimensionnelles de cellules adhésives qui forment des barrières dans l’organisme. Notre groupe se concentre actuellement sur deux aspects de la régulation de la mort cellulaire dans le contexte épithélial :
1. L’influence des forces mécaniques et de la forme des cellules sur l’induction de la mort dans les contextes physiologiques et pathologiques
2. L’orchestration de la clairance des cellules épithéliales par les caspases effectrices et l’engagement à l’apoptose
Nous utilisons la mouche des fruits (Drosophila melanogaster) pour aborder ces questions en combinant la génétique, l’imagerie en direct, l’analyse quantitative des images, l’optogénétique et la biophysique.
Projets
Competition pour l’espace
Malgré notre connaissance approfondie des voies de régulation de la prolifération, de la croissance et de la survie des cellules, nous ne comprenons toujours pas comment les cellules individuelles peuvent adapter leur comportement aux propriétés du tissu entier (y compris sa taille et sa forme). Les forces mécaniques peuvent transmettre l’information sur l’échelle tissulaire (taille et densité des tissus) aux cellules individuelles. Bien que les effets des forces mécaniques sur la prolifération cellulaire aient été largement étudiés, leur influence sur la survie cellulaire a été peu étudiée in vivo. Récemment, il a été démontré qu’une augmentation locale de la densité cellulaire dans un épithélium peut induire l’extrusion et l’élimination cellulaire. Nous avons récemment montré que l’activation de la caspase est nécessaire à l’élimination cellulaire dans le notum pupal (un épithélium monocouche). Nous essayons actuellement d’identifier de nouveaux régulateurs de l’induction de l’apoptose qui sont sensibles à la déformation cellulaire et au surpeuplement des tissus.
Gauche : Disitribution de la mort cellulaire (points oranges) dans le notum pupal de Drosophila. Les contours des cellules sont représentés avec E-cad::GFP. Droite : Image en pseudocouleur d’un capteur ERK (rouge : faible ERK, bleu : élevé ERK), un régulateur de la survie cellulaire dans le notum.
Timelaps dans le notum pupillaire de la drosophile montrant l’élimination des cellules WT (violet) dans la région de la ligne médiane (vert)
Nous testons également comment les contraintes spatiales pourraient affecter la survie des cellules dans divers contextes de développement et leur contribution à la morphogenèse et à la régulation de la taille des tissus. Nous utilisons une combinaison d’imagerie en direct (vélocimétrie de l’image des particules, segmentation des tissus et suivi des cellules) et d’analyse clonale pour comprendre comment cela pourrait aider à affiner la proportion de cellules mourantes dans les tissus en croissance, pendant la clairance programmée des tissus et pendant l’homéostasie tissulaire.
Enfin, nous essayons de comprendre comment l’encombrement induit par la mort peut contribuer aux interactions compétitives entre les différents types de cellules. La compétition cellulaire est un processus induisant l’élimination des cellules à prolifération lente par des cellules prolifératives plus rapides par apoptose. La compétition cellulaire est un mécanisme conservé nécessaire à la correction des erreurs de développement, pour affiner la taille des tissus et contribuer à l’expansion tumorale par l’élimination et le remplacement des cellules saines voisines par des cellules pré-tumorales. Nous et d’autres avons récemment montré que les clones à croissance rapide résistants à l’apoptose peuvent favoriser l’élimination des cellules WT par leur compactage et l’induction de l’apoptose. Nous utilisons une combinaison de génétique, d’imagerie en direct, de nanodissection laser et de théorie pour comprendre comment les contraintes spatiales peuvent contribuer à la compétition cellulaire et comment la confrontation de deux populations cellulaires peut mener au compactage et à l’élimination cellulaire.
Gauche : Élimination des cellules WT (vert) près des cellules pré-tumorales (activation de Ras, violet). Les flèches oranges montrent le déplacement des tissus analysé par PIV. Droite : Évolution de la surface apicale de la cellule (bleu = compactage, rouge = expansion).
Timelaps dans le notum pupal de la drosophile montrant le compactage et l’élimination des cellules WT près d’un clone à croissance rapide (UAS-RasV12 , violet)
Engagement en faveur de l’apoptose et de l’orchestration de la clairance cellulaire
Malgré la caractérisation détaillée des acteurs moléculaires de l’apoptose, son orchestration et sa régulation fine dans des contextes multicellulaires est mal comprise. Bien que l’apoptose soit souvent considérée comme un simple processus binaire, il existe aujourd’hui de nombreuses preuves montrant que l’apoptose est un processus décisionnel complexe, où les cellules peuvent subir une activation caspase transitoire sans procéder à la mort. Ceci est en accord avec les multiples fonctions non-apoptotiques des caspases et l’architecture de la voie apoptotique qui comprend plusieurs boucles de rétroaction négative. Cette complexité augmente encore dans les cellules épithéliales, où la clairance cellulaire exige l’orchestration d’événements de remodelage successifs nécessaires pour extruder la cellule de la couche épithéliale sans compromettre la fonction de barrière tissulaire.
Nous avons récemment montré que l’extrusion cellulaire dans le notum pupal de la pupille de la drosophile nécessite toujours une activité d’effecteur des caspases et que l’activation des caspases précède l’extrusion. De plus, nous avons mesuré des délais très divers entre le début de l’activation de la caspase et la délamination (de 30 minutes à plusieurs heures) et avons également observé une activation transitoire de la caspase qui ne conduit pas à la délamination des cellules. Ces observations suggèrent que l’engagement dans l’extrusion et l’apoptose est un processus décisionnel complexe. De plus, nos résultats suggèrent que des substrats non encore caractérisés de caspases effectrices sont nécessaires pour l’extrusion et que le même acteur moléculaire (la caspase effectrice) orchestre tous les événements de remodelage de l’apoptose (comme l’extrusion, le compactage cytoplasmique, la condensation d’ADN, la fragmentation du noyau et des cellules). Nous étudions actuellement l’orchestration de la mort cellulaire et l’extrusion dans l’épithélium de la drosophile pour :
1) trouver de nouveaux substrats de caspase nécessaires à l’extrusion cellulaire
2) disséquer le mécanisme qui régule les événements successifs de remodelage
3) comprendre le processus de prise de décision cellulaire menant à l’apoptose irréversible
4) étudier les conséquences d’une altération de l’extrusion cellulaire sur l’homéostasie épithéliale.
Visualisation de l’activité caspase avec un marqueur FRET (Scat3) dans le notum pupal de la drosophile. Une diminution de FRET (côté droit, couleurs froides) indique l’activation des caspases.
Pour ce faire, nous combinons l’imagerie quantitative en direct, la protéomique, la génétique, l’optogénétique, la biologie cellulaire et les approches théoriques pour construire un cadre prédictif qui aidera à comprendre l’orchestration de l’apoptose dans un épithélium vivant.
