Macrophages. Illustraton: CNRS Les macrophages sont des cellules du système immunitaire qui se déplacent à travers les tissus de l'organisme. Les équipes d'Isabelle Maridonneau-Parini, à l'Institut de pharmacologie et de biologie structurale, et de Christophe Vieu au sein du groupe Nanobiosystèmes du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes, ont mis au point une nouvelle approche permettant de mesurer et de comprendre comment sont générées les forces mécaniques des podosomes, structures d'adhérence des macrophages soupçonnées d'être impliquées dans la perception de leur environnement. Ce travail, fruit d'une collaboration interdisciplinaire, est publié dans la revue Nature Communications.
Pour une cellule, pouvoir sentir la rigidité de son environnement est une propriété fondamentale qui peut influencer ses fonctions, notamment sa différenciation ou sa migration. La migration des macrophages à travers les différents tissus de l'organisme est cruciale pour leur activité immunitaire. Mais la façon dont les podosomes parviennent à sonder leur environnement, était jusqu'alors inconnue, faute de méthode appropriée.
Dans cette étude, les chercheurs de l'IPBS, du LAAS et leurs collaborateurs ont développé une approche originale consistant à mesurer à l'échelle nanométrique, grâce à la microscopie à force atomique, les déformations induites par les podosomes des macrophages humains sur un film déformable épais de quelques dizaines de nanomètres. En déterminant les propriétés mécaniques de ce film et en utilisant un modèle mécanique adapté à la géométrie de ces structures d'adhérence particulières, ils ont alors pu évaluer l'amplitude des forces impliquées.
Grâce à cette stratégie, les chercheurs ont estimé pour la première fois les forces développées par des podosomes individuels et démontré que ces forces sont oscillatoires et corrélées à la rigidité du film. Ils ont également déterminé les mécanismes moléculaires impliqués dans la force produite par les podosomes et montré que la polymérisation du cytosquelette d'actine et la contractilité générée par la myosine II jouent un rôle majeur. Enfin, un modèle théorique reposant sur un équilibre entre ces deux générateurs de force permet de proposer une explication au comportement oscillatoire des podosomes.
Ce travail constitue une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes impliqués dans la migration des macrophages et en particulier de la stratégie développée par ces cellules pour sonder leur environnement. Cette connaissance est un prérequis pour parvenir à contrôler l'infiltration tissulaire des macrophages dans des situations pathologiques où ils stimulent la progression de la maladie comme dans le cas du cancer ou des maladies inflammatoires chroniques.
Ce travail a été réalisé en collaboration avec des chercheurs du Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes, de la Faculté de Médecine et du Laboratoire de Biologie Moléculaire Eucaryote de Toulouse, de l'institut FEMTO-ST de Besançon et du laboratoire Jean Perrin de Paris.
Figure: A. Schéma de la mesure de force de protrusion des podosomes. Les déformations d'un film élastique (en jaune) créées par des podosomes (cônes gris) sont mesurées par la pointe d'un microscope à force atomique. B. Protrusions exercées dans le film élastique par un groupe de macrophages, vues en microscopie à force atomique.
© Anaïs Bouissou
Pour plus d'information voir:
Protrusion force microscopy reveals oscillatory force generation and mechanosensing activity of human macrophage podosomes.