Actine, Complexe Arp2/3, Gmf, Dynamique du cytosquelette, Réseaux d'actine branché, Lamellipode, Mécanosensibilité, Tension mécanique, Microfluidique, Microscopie de fluorescence, Observation de molécules uniques

Le cytosquelette d'actine, constitué de filaments d'actine sert d'échafaudage cellulaire robuste. Il joue un rôle essentiel dans les processus cellulaires tels que la division cellulaire, la migration et la signalisation. Il est aussi le support de forces mécaniques et donne une forme aux cellules. Pour remplir ces fonctions, le cytosquelette d'actine forme des réseaux distincts, dont les lamellipodes, les filopodes, le réseau cortical et les fibres de stress. Chacun de ces réseaux présente une architecture spécifique et contribue à des fonctions cellulaires particulières. Parmi les différentes architectures façonnées par les filaments d'actine, les filaments d'actine dits 'branchés' apparaissent comme des structures particulièrement cruciales dans des réseaux tels que les lamellipodes et le cortex cellulaire. La formation de filaments d'actine branchés se produit par la liaison d'un complexe Arp2/3 activé sur le côté d'un filament existant ('filament mère'), ce qui entraîne la nucléation d'un nouveau filament, formant un angle bien défini de 70 degrés avec le filament mère. Ces filaments branchés subissent des forces mécaniques, soit lorsqu'ils poussent contre la membrane cellulaire, soit lorsque les moteurs moléculaires myosine exercent des forces de traction sur eux. Par conséquent, la compréhension de l'impact de la mécanique est une étape importante pour comprendre la dynamique et le renouvellement de ces structures. En outre, la dynamique du réseau d'actine branché, en particulier la stabilité des jonctions, peut être régulée par des conditions biochimiques et la présence de protéines spécifiques liant l'actine. Ces protéines contribuent au contrôle et à la modulation de la dynamique du réseau, influençant ainsi sa stabilité et sa fonctionnalité globales. Si la formation et l'assemblage des réseaux d'actine ramifiés ont été largement étudiés, le mécanisme sous-jacent de dissociation des branches n'est pas totalement compris. Dans cette étude, j'ai principalement utilisé une combinaison de techniques de microfluidique et de microscopie de fluorescence pour reconstituer des filaments d'actine ramifiés individuels à partir de protéines purifiées in-vitro. Cette approche m'a permis de résoudre la séquence complète des événements se produisant avant, pendant et après la dissociation des branches. De manière inattendue, j'ai observé que le complexe Arp2/3 reste le plus souvent attaché au filament mère après la dissociation de la branche. Dans ce type de débranchement, le complexe Arp2/3 peut nucléer une nouvelle branche immédiatement après la dissociation de la branche précédente. Ce mécanisme, que j'ai appelé "renucléation de branche", repose sur l'échange rapide du nucléotide ADP/ATP du complexe Arp2/3. De plus, j'ai pu appliquer une tension mécanique sur des branches ayant différentes orientations par rapport à leur filament mère, entre 0 et 180 degrés. J'ai ainsi montré que, même si l'augmentation de la force accélère la dissociation des branches et réduit légèrement leur renucléation, l'orientation de la force appliquée n'a pas d'impact significatif sur la stabilité et la renucléation des branches. J'ai également étudié l'influence de conditions biochimiques spécifiques, en particulier la présence de la protéine GMF, sur la stabilité des branches. J'ai démontré que non seulement la protéine GMF peut accélérer la dissociation des branches, mais qu'elle peut également entraver efficacement la renucléation des branches. En résumé, dans ce travail, j'ai identifié un nouveau mécanisme qui contribue à la régénération des réseaux de filaments d'actine branchés. La renucléation des branches pourrait ainsi permettre aux réseaux de maintenir leur intégrité structurelle et de résister à la tension mécanique, mettant en évidence la résilience et l'adaptabilité remarquables du cytosquelette d'actine.