Comment mesurer et comprendre le mécanisme de déplacement des cellules du système immunitaire

L’objectif de cette collaboration était de développer une nouvelle approche pour mesurer et comprendre le mécanisme des forces impliquées dans le déplacement des cellules du système immunitaire(les macrophages)à travers les tissus de l’organisme, en fonction de la rigidité de leur environnement. Cette connaissance étant un prérequis pour parvenir à contrôler l’infiltration tissulaire de ces cellules dans des situations pathologiques où elles sont amenées à stimuler la progression de la maladie, comme dans le cas du cancer ou des maladies inflammatoires chroniques.

C’est ce à quoi se sont attachés l’équipe dirigée par Isabelle Maridonneau de l’institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale (IPBS-CNRS/Université Toulouse II –Paul Sabatier), l’équipe de Christophe Vieu du Laboratoire d’Analyse des Surfaces (LAAS-CNRS) en collaboration avec des chercheurs de la Faculté de Médecine du laboratoire de biologie moléculaire eucaryote de Toulouse, de l’institut FEMTO-ST de Besançon et du Laboratoire Jean Perrin de Paris.

Pour une cellule, sentir la rigidité de son environnement est une propriété fondamentale qui peut influencer ses fonctions, notamment sa différenciation ou sa migration. Or la migration des macrophages à travers les différents tissus de l’organisme est cruciale pour leur activité immunitaire. Mais la façon dont les structures adhérentes de ces macrophages (les podosomes) parviennent à sonder leur environnement, était jusqu’alors inconnue, faute de méthode appropriée.

Les médecins et les chercheurs ont ainsi développé une approche originale consistant à mesurer, à l’échelle nanométrique grâce à la microscopie à force atomique en milieu biologique, les déformations induites par les podosomes des macrophages humains sur un film polymère déformable, épais de quelques dizaines de nanomètres et présentant une très faible rigidité de flexion. En déterminant d’une part les propriétés mécaniques de ce film et en utilisant d’autre part un modèle mécanique adapté à la géométrie de ces structures d’adhérence particulières, ils ont alors pu évaluer l’amplitude des forces impliquées dans le processus d’adhésion, de l’ordre de quelques nanoNewton.

Et c’est dans ce contexte que, Patrick Delobelle du département de Mécanique appliquée de l’institut FEMTO-ST est intervenu pour la caractérisation de ces films élastiques ultra minces, d’épaisseur et de rigidité différentes, ainsi que pour l’élaboration du modèle adéquat permettant d’appréhender l’amplitude des forces générées à partir de la déformée locale de la membrane créée par un podosome.

Globalement, grâce à cette stratégie, ils 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 fruit d’une véritable collaboration interdisciplinaire constitue une avancée majeure et a été est publié dans la revue Nature Communications le 11 novembre 2014