Academic literature on the topic 'Cell adhesion/intégrine'

Talin is a multifunctional cytoskeletal protein that plays a critical role in linking the actin cytoskeleton to the integrin family of transmembrane cell adhesion receptors. Two distinct integrin binding sites have been identified in talin, one present in the globular head domain (IBS1) and involved in integrin activation, and a second (IBS2), that has been delineated to a 130 residue fragment of the talin rod domain, but whose functional role is still elusive (Tremuth et al.2004). The objective of the present study was to define the minimal structure of talin IBS2 and to investigate its functional role in the integrin-cytoskeleton connection.

In the first part of this study, we used a combination of three different experimental approaches to define the minimal structure of talin IBS2: 1) an in silico bioinformatics approach to analyse sequence conservation of talin IBS2, 2) an in vivo cell biology approach to study the subcellular localization of recombinant talin fragments covering IBS2 in CHOáIIbâ3 cells, and 3) an in vitro biochemical approach consisting in protein overlay, pull down and Surface Plasmon Resonance (SPR) assays, to study the direct interaction between talin IBS2 and the integrin â3 subunit. We delineated IBS2 to a single amphipathic á-helical repeat of 23 residues within the talin rod domain. We further provided evidence that a two amino acid mutation(L2094I2095/AA) was sufficient to inactivate the IBS2 site, due to a disruption of the á helix structure, as demonstrated by infrared spectroscopy. In addition, we identified 2 lysine residues (K2085, K2089) exposed on the solvent face of á helix 50, which are directly involved in the talin IBS2-integrin interaction.

In the second part of this study, we investigated the functional role of talin IBS2 in spreading defective talin (-/-) cells and showed that in contrast to full-length wild type talin, an IBS2 LI/AA mutant talin was unable to fully rescue the spread phenotype of these cells. These results provide the first direct evidence that IBS2 in the talin rod is essential to link integrins to the actin cytoskeleton.
Doctorat en Sciences
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Les flavonoïdes sont étudiés depuis des années pour leurs propriétés préventives et leur potentiel comme agents thérapeutiques. Plusieurs mécanismes pourraient intervenir dans leur activité anti-cancéreuse dont une inhibition de l'adhérence et de l'étalement cellulaire et une inhibition des propriétés invasives des cellules cancéreuses. Les dérivés de 3-aryl-2-quinolones sont structurellement proches des flavonoïdes et ont été caractérisés comme étant des composés anti-migratoires (Joseph et Al., J.Med.Chem, 2002). Comme la migration cellulaire est hautement dépendante des structures adhésives assemblées par la cellule, nous avons étudié l'activité de ces composés sur les adhérences focales et fibrillaires. Ces larges complexes protéiques impliquent notamment les intégrines et leurs partenaires cytoplasmiques les liant au cytosquelette. Les intégrines permettent à la cellule de percevoir son microenvironnement et de s'y adapter. Les structures d'adhérence contenant les intégrines sont en retour capables de contrôler cet environnement (dégradation matricielle, fibrillogenèse…). Nos travaux montrent que les dérivés de 3-aryl-2-quinolone sont capables d'inhiber l'étalement cellulaire et de provoquer le désassemblage de structures adhésives préalablement établies de façon dose-dépendante et indépendamment de la composition de la matrice extracellulaire. L'activité des composés est finement liée à leur structure et de légères modifications de la composition chimique de leur chaîne latérale peuvent inhiber leur activité. Nous avons pu établir une relation structure-activité pour cette famille de composés et avons étudié les mécanismes moléculaires menant au désassemblage des structures d'adhérences quand les cellules sont traitées par ces molécules. Des études par RMN ont montré une interaction directe entre le chef de file de cette famille de composés et le domaine cytoplasmique des intégrines à chaîne béta 3 et nous avons pu montrer que cette interaction inhibait la liaison sur l'intégrine de l'un de ces activateurs, la kindline. L'agrégation plaquettaire est dépendante de l'activation des intégrines et constitue un excellent système d'étude physiologique pour les inhibiteurs de ces récepteurs. Le chef de file des dérivés de 3-aryl-2-quinolone est capable d'inhiber l'agrégation plaquettaire et la formation du thrombus, ce qui en fait un bon candidat médicament comme anti-thrombotique
Flavonoïds have been studied for years for their potential chemopreventive and chemotherapeutic action. Several mechanisms might account for their anticancer activity, among which inhibition of cell adhesion and spreading, or inhibition of tumor cell invasion. 3-aryl-2-quinolone derivatives are chemical structures close to flavonoïds and were first designed as anti-migratory agents (Joseph et Al., J.Med.Chem, 2002). As cell migration is highly dependent on the cell adhesion machinery, we decided to investigate the action of these molecules on focal and fibrillar adhesions. These large protein complexes include heterodimeric transmembrane proteins, the integrins, and their cytoplasmic interactors able to link to the cytoskeleton. Integrins allow microenvironment sensing and cellular response to it. Adhesive structures containing integrins are also able to control cell microenvironment (matrix degradation, fibrillogenesis…). Our studies show that 3-aryl-2-quinolone derivatives are able not only to prevent cell spreading but also to disrupt already well-established focal adhesions in a reversible and ECM composition independent manner. The activity of the molecule is closely linked with its structure, as very slight modification of the lateral chain of the compound can totally impair its activity. Our work is focused on establishing a Structure-Activity Relationship of 3-aryl-2-quinolone derivatives and on investigating the molecular mechanisms underlying this activity. Osteoblasts treatment by 3-aryl-2-quinolone derivatives triggers a rapid disassembly of focal and fibrillar adhesions. NMR experiments show a direct interaction between the lead compound of the family and 3 integrin cytoplasmic tail and pull-down assay show that it is able to reduce the interaction between 3 integrin and kindlin, one of its coactivator. As platelet activation is an archetype of 3 integrin activation, we tested the activity of 3-aryl-2-quinolone on this physiological process. Under treatment, platelets failed to become activated and are unable to trigger thrombus formation, providing an interest to the 3-aryl-2-quinolone derivatives as potential anti-thrombotic agents

Une réponse immunitaire efficace repose sur un recrutement rapide de leucocytes du sang au tissu enflammé ou endommagé. Pendant ce processus, les leucocytes sont capturés par l'endothélium et migrent le long de la paroi pour atteindre les sites de transmigration. Ces processus sont médiés par des signaux externes parmi lesquels le rôle des molécules d’adhésion reste flou. L’haptotaxie adhésive a été décrite pour les cellules mésenchymateuses qui s’orientent via un mécanisme de tir à la corde - une compétition entre les bords adhérents des cellules. Pour les cellules amiboïdes, l'existence d'une haptotaxie adhésif n'a jamais été observée. Ici, nous avons étudié la migration des lymphocytes T humains sur des substrats dont l’adhérence est spatialement modulée et avons observé une haptotaxie robuste. Mécanistiquement, nous montrons que l'haptotaxie adhésive diffère à la fois de la chimiotaxie, car aucune mécanotransduction n'a été détectée, et du mécanisme de tir à la corde passif, car différentes intégrines induisent des phénotypes opposés. Les cellules ont favorisé des zones plus adhérentes avec VLA-4 et, contre-intuitivement, des zones moins adhérentes avec LFA-1. Ces résultats révèlent que les intégrines contrôlent les comportements différentiels d'haptotaxie adhésive sans mécanotransduction. Nous avons également étudié le mécanisme à l'origine de ce phénotype induit par LFA-1 et avons découvert que la dynamique du lamellipode plutôt que le niveau d'expression de l'intégrine, était impliquée. Les résultats préliminaires avec des lymphocytes T déficients en VASP indiquent également que la protéine VASP pourrait jouer un rôle important dans l'haptotaxie adhésive
An efficient immune response relies on a rapid recruitment of leukocytes from blood to the inflamed or damaged tissue. During this process, leukocytes are captured by the endothelium and migrate along the vessel wall to reach permissive transmigration sites. These processes are mediated by multiple external cues among which the role of adhesion molecules remains unclear. Adhesive haptotaxis has been described for mesenchymal cells that develop strong pulling forces with their substrates and orient via a tug of war mechanism – a competition between cells’ adherent pulling edges. In the case of amoeboid cells that migrate with minimal interaction with their substrate, the existence of adhesive haptotaxis has yet to be evidenced. Here, we studied the crawling of human T lymphocytes on substrates with spatially modulated adhesion. and observed robust adhesive haptotaxis. Mechanistically, we show that integrin-mediated adhesive haptotaxis of lymphocytes differs both from active chemotaxis, because no mechanotransduction was detected, and from the passive tug of war mechanism, because different integrins support opposite phenotypes. Cells favored more adherent zones with VLA-4 and, counterintuitively, less adherent zones with LFA-1. These results reveal that integrins control differential adhesive haptotaxis behaviors without mechanotransduction. We further investigated the mechanism behind this specific haptotactic phenotype mediated by LFA-1 and find that the lamellipodial dynamics, rather than the integrin expression level, is involved. Preliminary findings with VASP deficient T cells indicate also that VASP protein may play an important role in T cell adhesive haptotaxis

L'ICAP-1 est impliqué dans la dynamique de l'intégrine et la génération de force en contrôlant l'endocytose de l'intégrine grâce à la scission dépendant de nm23 des puits endocycliques recouverts de chlatrine.L'ICAP-1 a été identifié comme un partenaire spécifique de l'intégrine b1 (Degani et al., 2002, Zhang et Hemler, 1999). Nous avons déjà montré que l'ICAP-1 est impliqué dans la réponse mécanisée aux cellules et la différenciation cellulaire d'une manière dépendante de l'intégrine b1 (Bouvard et al., 2007; Brunner et al., 2011; Faurobert et al., 2013; Millon-Frémillon et al. , 2008; Renz et al., 2015). Cependant, comme ICAP-1 est également capable d'adapter la migration cellulaire en réponse à la rigidité du substrat d'une manière indépendante de la β1-intégrine (Bouin et al., 2017), nous avons spéculé sur un rôle plus général de l'ICAP-1 dans l'adhésion cellulaire et dynamique d'adhérence focale. Pour cela, nous avons créé un environnement cellulaire où l'intégrine b1 et / ou l'ICAP-1 étaient absentes en utilisant quatre lignées cellulaires: les ostéoblastes WT, les cellules ostéoblastes KO de l'intégrine b1, les cellules ostéoblastes KAP ICAP-1 et les cellules ostéoblastes double KO b1 / ICAP-1 afin de surveiller le comportement de l'intégrine b3. Comme prévu, l'épuisement de l'intégrine b1 est associé à la perte d'étalement cellulaire et à la génération de force selon la mesure de la microscopie par force de traction. De manière surprenante, la suppression supplémentaire de ICAP-1 (b1 intégrine et ICAP-1 KO) conduit à la restauration de l'étalement cellulaire et de la génération de force qui dépend de l'intégrine b3. Ces forces médiées par l'intégrine b3 sont corrélées avec la diffusion lente de l'intégrine b3 dans les sites d'adhésion et le renouvellement lent de l'adhésion focale contenant l'intégrine b3 (FRAP / TIRF / vidéomicroscopie). Nous avons abordé la question de savoir si ICAP-1 pourrait réguler l'endocytose de l'intégrine b3 puisque ICAP-1 interagit avec nm23-H2 (Fournier et al., 2002), un nucléoside diphosphate kinases (NDPK) impliqué dans l'endocytose à médiation par dynamine en produisant du GTP à travers l'adénosine triphosphate (ATP) de conversion du diphosphate de guanosine (PIB) (Boissan et al., 2014). Nous montrons que la suppression de nm23 ou de dynamine ou de chlatrine dans les cellules épuisées dans l'intégrine b1 est capable d'imiter la perte combinée de l'intégrine b1 et de l'ICAP-1 en rétablissant l'étalement cellulaire, la génération de force et la dynamique de l'intégrine b3. Pour confirmer l'implication de l'ICAP-1 dans l'endocytose de l'intégrine b3, nous montrons que l'absorption de l'anticorps de l'intégrine b3 est efficacement bloquée dans les cellules épuisées dans ICAP-1. Nos résultats suggèrent que ICAP-1 pourrait être impliqué dans la dynamique de l'intégrine et la génération de force en contrôlant l'endocytose de l'intégrine grâce à la scission dépendant de nm23 des puits endocytaires de la couche de chlatrine
ICAP-1 is involved in integrin dynamics and force generation by controlling integrin endocytosis through nm23-dependent scission of endocytic chlatrin coated pits.ICAP-1 has been identified as a specific partner of b1 integrin (Degani et al., 2002; Zhang and Hemler, 1999). We have previously shown that ICAP-1 is involved in cell mechanoresponse and cell differentiation in a b1 integrin dependent manner (Bouvard et al., 2007; Brunner et al., 2011; Faurobert et al., 2013; Millon-Frémillon et al., 2008; Renz et al., 2015). However, as ICAP-1 is also able to adapt cell migration in response to substrate stiffness in a β1-integrin-independent manner (Bouin et al., 2017), we speculated on a more general role of ICAP-1 in cell adhesion and focal adhesion dynamics. For this purpose we have created cellular environment where b1 integrin and/or ICAP-1 were absent by using four cell lines: WT osteoblast, b1 integrin KO osteoblast cells, ICAP-1 KO osteoblast cells and double KO b1/ICAP-1 osteoblast cells in order to monitor b3 integrin behavior. As expected, depletion of b1 integrin is associated with the loss of cell spreading and force generation according traction force microscopy measurement. Surprisingly, the supplementary deletion of ICAP-1 (b1 integrin and ICAP-1 KO) leads to restoration of cell spreading and force generation which are dependent on b3 integrin. These b3 integrin-mediated forces are correlated with slow diffusion of b3 integrin within adhesion sites and slow turnover of b3 integrin containing focal adhesion (FRAP/TIRF/videomicroscopy). We addressed the question whether ICAP-1 might regulate b3 integrin endocytosis since ICAP-1 interacts with nm23-H2 (Fournier et al., 2002), a nucleoside diphosphate kinases (NDPKs) involved in dynamin-mediated endocytosis by producing GTP through adenosine triphosphate (ATP)–driven conversion of guanosine diphosphate (GDP) (Boissan et al., 2014). We show that the deletion of either nm23 or dynamin or chlatrin in cells depleted in b1 integrin is able to mimic the combined loss of b1 integrin and ICAP-1 by restoring cell spreading, force generation and b3 integrin dynamics. To confirm the involvement of ICAP-1 in b3 integrin endocytosis, we show that the b3 integrin antibody uptake is efficiently blocked in cells depleted in ICAP-1. Our results suggest that ICAP-1 might be involved in integrin dynamics and force generation by controlling integrin endocytosis through nm23-dependent scission of endocytic chlatrin coated pits

Les adhérences focales (AF), structures adhésives reliant la cellule à la matrice extra-cellulaire (MEC), constituent de véritables plateformes de signalisation biochimique et mécanique qui contrôlent l'adhérence, la migration, la différenciation et la survie cellulaire. Les récepteurs transmembranaires intégrines sont au coeur des AF, où elles connectent la MEC au cytosquelette d'actine. Au début des années 2000, la protéine intracellulaire taline, qui se lie aux parties cytoplasmiques bêta des intégrines, était considérée comme le principal activateur des intégrines. Néanmoins, il a depuis été montré que la kindline, autre protéine intracellulaire se liant aux parties bêta cytoplasmiques, jouait également un rôle essentiel dans l'activation des intégrines. Ainsi,plusieurs études ont mis en évidence que la kindline et la taline étaient complémentaires et avaient une action synergique durant l'activation des intégrines. Les bases moléculaires de ces phénomènes restent à déterminer. De plus, la plupart des données sur lerôle de la kindline dans l'adhérence et l'activation des intégrines provient d'expériences menées sur des cellules en suspension et/ou avec l'intégrine plaquettaire αIIbβ3. Ainsi, la régulation de ces processus par la kindline dans les cellules adhérentes est encore peu comprise. Dans cette étude, nous combinons la microscopie PALM et le suivi de protéines individuelles pour révéler le rôle et le comportement de la kindline à l'intérieur et à l'extérieur des AF au cours des événements moléculaires clés se déroulant au niveau de la membrane plasmique, et qui mènent à l'activation des intégrines. Nous avons observé que les intégrines bêta1 etbêta3 portant une mutation ponctuelle inhibant l'interaction avec la kindline montrent un défaut d'immobilisation dans les AF. Nous avons également observé que la kindline-2, qui est enrichie dans les AF, diffusait librement au niveau de la membrane plasmique,à l'intérieur et à l'extérieur des AF. Ceci constitue une distinction majeure par rapport à la taline, qui, au niveau de la membrane plasmique, est essentiellement observée dans les AF où elle est immobile, montrant qu'elle est recrutée dans les AF directement depuis le cytosol sans diffusion latérale membranaire (Rossier et al. 2012). Afin d'identifier les bases moléculaires du recrutement et de la diffusion membranaire de la kindline, nous avons utilisé différents variants mutés de kindline précédemment décrits. Le mutant kindline-2-QW614/615AA (liaison aux intégrines inhibée) montre une diffusion membranaire accrue, ce qui suggère que la kindline peut diffuser au niveau de la membrane plasmique sans être associée aux intégrines. Par ailleurs, la baisse d'immobilisation au niveau des AF observée avec ce mutant montre qu'une partie de l'immobilisation de la kindline est due aux intégrines, suggérant l'existence d'un complexe intégrine-kindline immobile dans les AF. La délétion du domaine PleckstrinHomology (PH) de la kindline diminue considérablement son recrutement et sa diffusion membranaire. Nous avons évalué le rôle fonctionnel du recrutement et de la diffusion membranaire de la kindline en réexprimant ces mutants dans des cellules déplétéesen kindline-1 et -2 (cellules KO kindline-1 -/-, kindline-2 -/-). Ces expériences montrent que le recrutement et la diffusion membranaire de la kindline sont cruciaux pour l'activation des intégrines durant l'étalement cellulaire et favorisent la formation d’adhérences. Cela suggère que la kindline utilise un chemin différent de celui de la taline pour atteindre et activer les intégrines,ce qui pourrait expliquer au niveau moléculaire comment la kindline complémente la taline durant l'activation des intégrines
Focal adhesions (FAs) are adhesive structures linking the cell to the extracellular matrix (ECM) and constitute molecular platforms for biochemical and mechanical signals controlling cell adhesion, migration, differentiation and survival. Integrin transmembrane receptors are core components of FAs, connecting the ECM to the actin cytoskeleton. During the early 2000s, the intracellular protein talin, which directly binds to the cytoplasmic tail of β-integrins, was considered as the main integrin activator. Nevertheless, it has been shown that kindlin, another intracellular protein that bind to β-integrin, is also a critical integrin activator. In fact, several studies have shown that kindlin and talin play complementary and synergistic roles during integrin activation. The molecular basis of these phenomena remains to determine. Moreover, most studies focusing on the role of kindlin during integrin activation and cell adhesion have been performed with suspended cells and/or with the platelet integrin αIIbβ3. Here we combined PALM microscopy with single protein tracking to decipher the role and behavior of kindlin during key molecular events occurring outside and inside FAs at the plasma membrane and leading to integrin activation, as we have done previously for talin (Rossier et al., 2012). We found that beta1 and beta3-integrins with a point mutation inhibiting binding to kindlin show reduced immobilization inside FAs. We also found that kindlin-2, which is enriched inside FAs, displayed free diffusion at the plasma membrane outside and inside FAs. This constitutes a major difference with talin, which, at the plasma membrane level, is observed almost exclusively in FAs, where it is immobile, which shows that talin is recruited into FAs directly from the cytosol without lateral diffusion along the plasma membrane (Rossier et al. 2012). To determine the molecular basis of kindlin membrane recruitment and diffusion, we used a kindlin variant known to decrease binding to integrins (kindlin-2- QW614/615AA). This mutant displayed increased membrane diffusion, suggesting that kindlin-2 can freely diffuse at the plasma membrane without interacting with integrins. Moreover, the kindlin-2-QW mutant showed decreased immobilization inside FA, showing that part of kindlin immobilization depends on interaction with integrins. This suggests that kindlin can form an immobile complex with integrins inside focal adhesions. Deletion of the kindlin pleckstrin homology (PH) domain strongly reduced the membrane recruitment and diffusion of kindlin. We assessed the functional role of kindlin membrane recruitment and diffusion by re-expressing different kindlin-2 mutants in kindlin-1/kindlin-2 double KO cells. Those experiments demonstrated that kindlin-2 membrane recruitment and diffusion are crucial for integrin activation during cell spreading and favor adhesion formation. This suggests that kindlin uses a different route from talin to reach integrins and trigger their activation, providing a possible molecular basis for their complementarity during integrin activation

A l'aide de cellules cho15b bloquees en prometaphase par du nocodazole, nous avons etudie la fonction du recepteur de la fibronectine exprime a la surface de cellules mitotiques. Une etude par cytometrie en flux a l'aide d'un anticorps dirige contre cette integrine, et des etudes de fixation de fibronectine radiomarquee sur la membrane cellulaire, montrent qu'un nombre constant d'integrines est exprime a la surface cellulaire au cours du cycle cellulaire. De plus, le recepteur de la fibronectine est toujours dans un etat de haute affinite pour son ligand soluble ou insoluble au cours de la mitose. Ces resultats indiquent que l'arrondissement des cellules observe durant la mitose ne resulte pas d'une parte de l'affinite du recepteur pour son ligand extracellulaire ; ce changement morphologique serait plutot la consequence d'une desorganisation des plaques d'adherence. A partir d'un lysat de cellules cho15b, nous avons mis au point un test in vitro afin d'etudier l'interaction de la fibronectine avec le recepteur de la fibronectine dans un environnement cytosolique. Dans ce test, l'interaction integrine/fibronectine necessite du calcium intracellulaire, la calmoduline, et une activite phosphatase. De plus, l'action d'inhibiteurs specifiques de phosphatases et l'inhibition de l'interaction integrine/fibronectine par un anticorps dirige contre la calcineurine, la phosphatase dependante du calcium et de la calmoduline, suggerent que la calcineurine permet l'interaction entre le recepteur de la fibronectine et son ligand. Des experiences de marquage metabolique montrent que l'integrine elle-meme n'est pas la cible d'une cascade de phosphorylation/dephosphorylation impliquant la calcineurine et modulant l'affinite de l'integrine. Ces resultats montrent qu'in vitro, un substrat de la calcineurine regule l'affinite du recepteur de la fibronectine en interagissant avec un effecteur non-identifie

La matrice extra-cellulaire lie les facteurs de croissance et régule non seulement leur présentation à la cellule mais aussi leur signalisation. Dans cette thèse, nous employons un film multicouche à base de hyaluronane et de poly(L-lysine) aux propriétés mécaniques modulables afin de mimer la présentation du facteur de croissance BMP-2 telle qu’elle existe dans les conditions physiologiques. Ainsi, ce mode de présentation combiné à l’utilisation d’un substrat mou a révélé des effets drastiques de la BMP-2 sur l’adhésion et la migration de myoblastes à temps court. Le confinement spatial du facteur de croissance permet de potentialiser ses effets en induisant une action synergique entre les récepteurs BMP et les intégrines. En mettant en évidence pour la première fois cette coopération bidirectionnelle, nous montrons qu’elle est nécessaire dans les voies de signalisation de la différenciation osseuse induite par la BMP-2 à travers une réorganisation du cystosquelette médiée par les intégrines b3
Extracellular matrix binds growth factors and controls their presentation to the cells but also theirsignaling pathway. In this work, we use a polyelectolyte multilayer film made of a polypeptide andof hyaluronan with tunable mechanical properties to mimic BMP-2 presentation by the matrix.Presentation of matrix-bound BMP-2 reveals so far hidden phenomena on myoblast cell adhesionand migration. The spatial patterning of growth factor leads to maximized effects of growth factorand induces synergy between BMP receptors and integrins. We show that cross-talk between BMP2receptors and b3 integrins is required for genetic program associated with SMAD signaling viareorganization of the cell cytoskeleton