Les macrophages, cellules clés de notre système immunitaire, sondent leur environnement grâce à des structures d'adhérence appelées podosomes. L'équipe d'Isabelle Maridonneau-Parini à l'Institut de pharmacologie et de biologie structurale, précise l'architecture nanométrique et le fonctionnement mécanique de ces structures. En couplant microscopie 3D à l'échelle nanoscopique et mesures de forces de protrusion, il a été possible de démontrer que le podosome est un générateur autonome de force où sont couplées une force de protrusion et une force de traction. Ce travail a été publié le 29 mars 2017 dans la revue
ACS Nano.
Figure 1. Les podosomes sont des structures sous-micrométriques qui sondent la rigidité de l'environnement extracellulaire. Relief d'une membrane flexible déformée par les podosomes d'un macrophage (microscopie à force atomique).
© Anaïs Bouissou. Les macrophages sont des cellules de l'immunité capables de migrer à travers l'ensemble des tissus de notre organisme afin d'assurer la défense contre les agents infectieux et la réparation des tissus. Pour parvenir à migrer dans les tissus les plus denses, ces cellules ont la particularité de former des structures d'adhérence appelées podosomes leur permettant de sonder la rigidité de l'environnement extracellulaire et de le dégrader.
Les travaux récents de l'équipe d'Isabelle Maridonneau-Parini ont montré que les podosomes sont capables d'exercer une force protrusive sur la matrice extracellulaire. Selon l'hypothèse des chercheurs, les forces de protrusion doivent être contrebalancées par des forces de traction pour que le podosome puisse déformer l'environnement localement. L'équipe, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay, de l'Institut Langevin à Paris et du Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes de Toulouse, vient d'apporter la démonstration expérimentale de l'existence d'une telle balance de forces.
Figure 2. Modèle d'organisation des protéines de l'anneau d'adhérence du podosome et génération de forces. Le coeur d'actine du podosome est entouré par un anneau impliqué dans l'adhérence à la matrice extracellulaire. Le schéma indique les positions respectives de la paxilline (violet), vinculine (bleu) et taline (orange). La taline est représentée sous sa forme étirée, révélant une force de traction. La force de protrusion générée par la polymérisation d'actine (vert) au niveau du coeur est matérialisée par la flèche centrale. Cette force est en équilibre avec la force de traction exercée au niveau de l'anneau (flèches latérales). La taline, la vinculine et la paxilline intègrent ensemble la tension et sont impliquées dans la génération de force protrusive.
© Renaud Poincloux & Anaïs Bouissou Les podosomes sont des structures sous-micrométriques composées de deux modules: un coeur protrusif composé de microfilaments d'actine et un anneau périphérique ayant la propriété d'adhérer à la matrice extracellulaire. Dans le but d'étudier la fonction mécanique de l'anneau d'adhérence, l'expression de plusieurs de ses composants a été inhibée et l'effet sur la capacité protrusive des podosomes a été déterminée par microscopie à force atomique. Cette approche a mis en évidence que l'intégrité de l'anneau d'adhérence est cruciale pour qu'une force protrusive soit générée au coeur du podosome. L'anneau fonctionnerait donc comme un appui qui transmettrait à l'environnement la force produite au coeur protrusif du podosome. A l'aide d'une technique de nanoscopie tridimensionnelle appelée DONALD
(1), les chercheurs ont révélé que la taline, un des constituants de l'anneau est étirée verticalement au sein d'un échafaudage moléculaire qui fait le lien entre les récepteurs d'adhérence et le cytosquelette et qui contient la vinculine et la paxilline. L'étirement de la taline s'accentue lorsque le podosome génère des forces protrusives importantes, ce qui prouve que l'anneau subit une tension mécanique.
Ce résultat fondamental apporte un regard nouveau sur le fonctionnement de cette structure que les macrophages ont développé afin de migrer à travers des environnements denses.
Figure 3. Architecture de l'anneau des podosomes (nanoscopie tridimensionnelle DONALD) ; la vinculine est colorée en fonction de sa hauteur par rapport à la base de la cellule (croissante du violet au jaune).
© Amsha Proag & Nicolas Bourg
(1) Direct Optical Nanoscopy with Axially Localized Detection, ou "nanoscopie optique directe avec détection axialement localisée"