Caractérisation du rôle de la mécanique dans l'immunité: vers un modèle intégré de l'activation des cellules T – ImmunoMeca

Les cellules sont sensibles aux signaux mécaniques, en particulier à la rigidité de la matrice extracellulaire qui contrôle de nombreuses fonctions cellulaires, comme la migration, l'apoptose ou la différenciation. L'objectif de ce projet est d'étudier le rôle de la mécanique dans les réponses immunes.
En conditions physiologiques, les réponses immunes des lymphocytes T (LT) nécessitent la formation de contact direct entre LT et diverses cellules présentatrices d’antigène (APC) (cellules tumorales, cellules dendritiques, macrophages, lymphocytes B,...), qui induisent différentes réponses biologiques des LT. Ces APC exercent aussi des forces sur les LT et ont des propriétés mécaniques différentes. Bien que de nombreuses études aient exploré les signaux biochimiques impliqués dans la capacité des différentes APC à induire des réponses T diverses, le rôle des signaux mécaniques est peu connu. De plus, l’étude in vitro des fonctions des LT est effectuée sur substrats rigides (plastiques recouvert d’activateurs), qui ne représentent pas les environnements physiologiques mécaniques rencontrés par les LT.
Pourtant, il est vraisemblable que les LT soient sensibles à leur environnement mécanique y compris à la rigidité. En effet, ils expriment des intégrines, la myosine IIA et remodèlent leur cytosquelette d'actine lors du contact avec l'APC, toutes fonctionnalités impliquées, dans d'autres cellules, dans la réponse à la rigidité. De plus, ils forment avec les APCs des structures organisées, les synapses immunes, qui présentent des similarités avec le lamellipode des cellules adhérentes, structure considérée comme « organe sensoriel » de la cellule. Enfin, C. Hivroz (partenaire 2) a récemment montré, dans le cadre d'une précédente ANR (PCVI/2007/Metis-Mag), que les LT développent des forces qui dépendent de la polymérisation de l'actine et s'adaptent à la rigidité d'une APC synthétique.
Le but de ce projet est de réaliser une étude systématique de la mécano-sensibilité des LT humains et de son rôle dans les réponses biologiques des LT. Ce projet ambitieux implique trois étapes principales. 1: La caractérisation des propriétés mécaniques des différentes APC (rhéométrie sur cellule unique) et la conception de substrats de culture de rigidités et de fonctionnalisme pertinentes. 2: L'analyse des réponses mécaniques et biologiques des LT à des valeurs de rigidité pertinentes. L’adaptation mécanique sera étudiée à l'aide d'un appareil original permettant de déterminer la réponse à un changement en temps réel de la rigidité. Cet appareil sera couplé à un microscope confocal afin d’analyser l'adaptation du cytosquelette à la rigidité. Les réponses biologiques des LT (prolifération, production de cytokines, programme transcriptionnel...) à des substrats artificiels fonctionnalisés et de rigidités comparables aux APC seront analysées en parallèle. 3: L'analyse de l'effet de la contrainte ou de la rigidité sur l’organisation dynamique de la synapse immune. Une configuration sur-mesure couplant microscopie TIRF et micro-rhéométrie sur cellule isolée permettra la visualisation des acteurs importants de la synapse immune (principaux récepteurs et molécules de signalisation, cytosquelette) tout en imposant des conditions mécaniques contrôlées (contrainte ou rigidité constante).
Au cours des deuxième et troisième parties du projet, nous effectuerons un premier criblage des molécules impliquées dans la mécano-sensibilité des LT en inhibant des protéines généralement impliquées dans ce phénomène.
Ces expériences fourniront la première mesure des temps caractéristiques des réponses fonctionnelles des LT à des stimuli mécaniques, permettant de construire un scénario intégré d’adaptation des LT aux propriétés biomécaniques de différentes APC.
Outre son intérêt fondamental, cette étude pourrait aussi fournir de nouveaux outils permettant, en utilisant des substrats de rigidités appropriées, d'optimiser l'expansion des LT humains pour des applications cliniques.