Projet DYNCELLPOL : Dynamique d’établissement de la Polarité Cellulaire
La polarité cellulaire est essentielle au développement des organismes, des cellules aux tissus et organes.
Ce processus, qui assure une asymétrie des compartiments cellulaires, des protéines et des lipides, est essentiel au maintien de la morphologie cellulaire et à la morphogenèse.
Une perte ou perturbation de polarité est associée à différentes maladies - c'est par exemple un facteur crucial du cancer métastatique.
D'autre part, un changement de morphologie cellulaire est critique pour la virulence de nombreux champignons pathogènes de l'Homme et des plantes – en particulier la virulence de la levure pathogène opportuniste de l’Homme, Candida albicans, est associée à une transition de forme ovoïde à filamenteuse.
La polarité cellulaire est hautement conservée de la levure à l’Homme, avec des régulateurs clés pratiquement identiques, comme Cdc42, une protéine qui fonctionne comme un interrupteur de signalisation.
On sait peu de choses sur les mécanismes par lesquels un site de polarité est initié et maintenu dans une cellule déjà asymétrique et nous utilisons comme modèle les cellules filamenteuses hautement asymétriques de C. albicans pour quantifier les répercussions d’une perturbation spatio-temporelle de la polarité dans de telles cellules. Pour perturber la polarité, des systèmes dépendants de la lumière sont utilisés pour recruter Cdc42 sous forme activée à la membrane plasmique, ce qui résulte en une réinitialisation de la polarité.
Nous déterminons comment ce recrutement, site-spécifique ou uniforme, modifie la croissance et la forme des cellules, les compartiments membranaires, l'organisation du cytosquelette (l'échafaudage de la cellule), la distribution des protéines de polarité (qui sont des marqueurs spatiaux) et celle des lipides membranaires.
Nous étudions trois étapes distinctes:
I) Perturbation / desorganisation du site de croissance initial;
II) Absence de site de croissance (stade dynamique);
III) Mise en place d'un nouveau site de croissance.
Les objectifs sont
I) d’identifier les protéines / lipides nécessaires pour stabiliser un site de croissance existant et ce qui dicte la concurrence entre deux sites;
II) de déterminer quels compartiments se réorganisent après la déstabilisation du site de croissance initial (quand et comment)
et III) l'ordre d'apparition des composants et des mécanismes qui dictent quand et où un nouveau site de croissance est établi.
Nous utilisons une approche de microscopie de fluorescence sur cellules vivantes, avec une variété de rapporteurs fluorescents, pour quantifier l'impact de ces perturbations sur l'organisation de cette levure pathogène. Des analyses mathématiques, incluant un apprentissage statistique et une modélisation basée sur des hypothèses, permettront d’extraire à partir des expériences des informations quantitatives, de fournir une description non biaisée de chaque étape, et d’identifier les paramètres dont l'importance sera ensuite testée par perturbation chimique et génétique. Nous anticipons d’identifier les réponses à court et long terme aux perturbations de la polarité, ainsi que de nouveaux liens entre polarité et processus cellulaires / dynamique des organites.
Ce projet interdisciplinaire est le fruit d’une collaboration entre biologistes et physiciens, mutualisant des compétences en imagerie, génétique moléculaire, biochimie et modélisation mathématique. Ce programme a le double objectif de déterminer les mécanismes de polarité et de morphogenèse cellulaires, ainsi que d’identifier des nouvelles cibles pour le traitement de maladies et d’infections fongiques.
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