Littérature scientifique sur le sujet « Vésicule membranaire »

Les exosomes sont de petites vésicules extracellulaires qui sont produites dans des compartiments endosomaux. Les mécanismes moléculaires sur lesquels reposent la biologie des exosomes, de leur biogenèse à leur internalisation par les cellules cibles, font notamment appel à des protéines membranaires particulières. Ces mécanismes méritent d’être clarifiés, afin de mieux comprendre la complexité de la composition des exosomes et de rationaliser leur utilisation comme biomarqueurs ou comme outils thérapeutiques. Nous discutons ici comment les syndécanes et les tétraspanines, deux familles de protéines d’échafaudage, coopèrent pour réguler les différentes étapes de la biologie des exosomes.

Les vésicules extracellulaires (VE) correspondent à un ensemble hétérogène de nanovésicules membranaires sécrétées dans le milieu extracellulaire et circulant dans les différents fluides de l’organisme. Ces VE véhiculent du matériel biologique (protéines, lipides, acides nucléiques) qu’elles peuvent transférer à des cellules/tissus cibles, modulant ainsi leur réponse et/ou leur phénotype. Les dysfonctions caractérisant les maladies métaboliques liées à l’obésité sont associées à des modifications des concentrations circulantes de VE ainsi qu’à des altérations de leur contenu. L’intérêt grandissant porté aux VE comme nouveaux vecteurs de communication intercellulaire a conduit à s’interroger sur leur rôle dans le développement des complications métaboliques. Dans cette synthèse, nous résumerons la littérature portant sur les VE circulantes comme potentiels marqueurs des maladies métaboliques. Nous détaillerons ensuite le dialogue vésiculaire inter-organes responsable du développement des complications associées à l’obésité. Enfin, nous discuterons les futures pistes de recherche qui contribueront à mieux appréhender le lien entre VE et maladies métaboliques.

AbstractIn Caenorhabditis elegans almost all the epithelial cells fuse to form permanent syncytia. Cells in the vulva and hypodermis fuse autonomously to produce ring shaped cells with defined structures and functions. Analysis of temporal and spatial sequence of events together with ultrastructural characterisation of cell fusion intermediates show that fusion pores in specific domains of the membranes dilate and subsequently vesicles are formed. The fusomorphogenetic hypothesis states that these vesicles are targeted to different domains of the plasma membrane where they fuse, thereby causing changes in cell shape. It is proposed that cell fusion and polarised membrane recycling are involved in the formation of ring cells. Fusomorphogenesis is a working model to investigate the forces that drive pattern formation and generate diversity of developmental mechanisms in nematodes. Chez Caenorhabditis elegans, presque toutes les cellules épithéliales fusionnent pour former des syncytia permanents. Les cellules de la vulve et de l’hypoderme fusionnent de façon autonome et produisent des cellules en forme d’anneau avec des structures et des fonctions définies. L’analyse de la séquence temporelle et spatiale des événements, alliée à la caractérisation ultrastructurale des intermédiaires de fusion cellulaire, montre que des pores de fusion se dilatent dans des domaines membranaires spécifiques et que des vésicules sont par la suite formées. L’hypothèse fusomorphogénétique suggère que ces vésicules sont ciblées vers des domaines différents de la membrane plasmique, ou elles fusionnent, provoquant ainsi des changements de forme cellulaire. Il est proposé que la fusion cellulaire et le recyclage polarisé de membranes soient considérés comme impliqués dans la formation des cellules en anneau. La fusomorphogénèse est un guide de travail pour étudier les forces qui entraînent la formation d’un modèle spatial et engendrent la diversité des mécanismes de développement chez les nématodes.

Nous avons étudié le DODAC (Chlorure de Di-Octadecyi, Di-methyl Ammonium) en vue d'application en photochimie. L'organisation de surfactants en vésicules leur attribue des propriétés spécifiques:- La micro-compartimentation a été mise à profit pour séparer un compartiment oxydant et un compartiment réducteur. - Le champ électrique membranaire permet de favoriser et d'orienter une séparation de charges photoinduite. Dans une première partie, nous avons montré, par diffusion quasi­ élastique de la lumière (QELS), la stabilité des préparations à faible force ionique, et mesuré le rayon des vésicules: 80+8nm. La présence d'un volume interne a été contrôlée par chromatographie et par l'existence d'une réponse aux chocs osmotiques. Le système a été exploité pour montrer l'existence, suggérée par le calcul théorique, à faible force ionique, d'un champ électrique membranaire de contact. Pour cela nous avons utilisé la neutralisation, par un réducteur hydrosoluble, du cation de l'anthracène produit au centre de la membrane, par photoionisation biphotonique. Le réducteur neutralise les cations, seulement s'il est présent dans la phase aqueuse externe. Cela montre la localisation sélective des cations sur la surface extérieure des vésicules et l'existence d'un champ membranaire de contact, à condition que les vésicules ne soient pas minoritaires dans l'échantillon. Or nous avons montré par QELS que les vésicules peuvent être détruites par les ultrasons puis régénérées, avec leur rayon d'origine, par recuit. Les fragments produits sont cinétiquement stables. Dans la deuxième partie, nous avons déterminé en RPE, par l'étude de l'incorporation de sondes chargées, le pourcentage de vésicules dans les échantillons et le potentiel transmembranaire. L'incorporation est mesurée par une réduction sélective de la population externe. La localisation membranaire et la perméabilité de 9 nitroxydes et de deux réducteurs ont été mesurées. Les mesures de surface et de volume intérieurs indiquent que seul 16% du DODAC est sous forme de vésicules. Le retraitement quantitatif des résultats publiés par d'autres auteurs montre que, dans tous les cas, la majorité de l'échantillon est effectivement constituée de fragments de membrane. Le potentiel transmembranaire a été mesuré : il est de l'ordre d'une dizaine de millivolts. Un modèle qui rend compte de la coexistence d'une population, très bien organisée, de vésicules monodisperses de 80nm de rayon et d'un mélange hétérogène de fragments membranaires métastables est proposé.

Les tensioactifs catanioniques dérivés de sucre s'associent spontanément sous forme de vésicules, qui peuvent aussi bien encapsuler des principes actifs hydrophiles dans leur cœur aqueux qu'insérer des drogues hydrophobes ou amphiphiles dans leur bicouche membranaire. Leur biocompatibilité ainsi que leur stabilité dans le temps et à la dilution dans des milieux biologiques en font des systèmes moléculaires organisés adaptés à la vectorisation d'actifs pharmaceutiques. L'étude mécanistique développée dans le cadre de ces travaux a montré que ces systèmes éco-conçus et de composition ajustable sont capables de fusionner spontanément avec des assemblages lipidiques mimant la composition de membranes cellulaires, à condition que ceux-ci présentent des défauts d'organisation de la bicouche. Les mécanismes d'interaction cellulaire de tels systèmes supramoléculaires ont par ailleurs été élucidés sur des lignées cancéreuses par des techniques de microscopie confocale et de cytométrie en flux. D'une part, la macropinocytose, la voie des clathrines et la voie des cavéoles constituent les processus actifs majoritaires d'internalisation des vésicules par les cellules. L'intervention simultanée de ces trois voies d'endocytose permet un relargage progressif des drogues par des mécanismes complémentaires. D'autre part, les résultats expérimentaux ont permis de vérifier que les vésicules catanioniques sont capables de fusionner spontanément avec les membranes cellulaires. Cette fusion membranaire spontanée et concomitante à l'endocytose fournit à ces nanovecteurs innovants la capacité de délivrer des composés hydrophiles directement dans le cytoplasme des cellules. De nombreuses perspectives peuvent être envisagées pour de tels systèmes. Une application à la vectorisation de principes actifs photosensibilisateurs dans le cadre d'une thérapie photodynamique anticancéreuse a été initiée dans le cadre de ces travaux. Ces systèmes de vectorisation sont particulièrement stables et les résultats obtenus in vitro sont très prometteurs pour le traitement de mélanomes de la peau et de carcinomes de la muqueuse buccale
Sugar-derived catanionic surfactants self-assemble spontaneously into vesicles, which can encapsulate either hydrophilic drugs inside their aqueous core or hydrophobic and amphiphilic drugs inside their bilayer. Their biocompatibility, as well as their stability under time and dilution in biological media, allow to consider the use of these organized molecular systems for drug vectorization and delivery. In the present work, a mechanistic study showed these eco-designed and adjustable systems are able to fuse spontaneously with lipid assemblies mimicking cell membranes, provided that these latter present organization defects inside the bilayer. Cellular interaction mechanisms of such supramolecular systems were elucidated on cancer cell lines, by confocal microcopy and flow cytometry techniques. On the one hand, macropinocytosis, clathrin and caveolae pathways were shown to intervene as major active processes of cellular uptake of vesicles. The simultaneous intervention of these three pathways of endocytosis enables a progressive drug release through complementary mechanisms. On the other hand, experimental results verified that catanionic vesicles are capable of fusing with cell membranes. This spontaneous membrane fusion, concomitant with endocytosis, provides to these innovative systems the ability to deliver hydrophilic compounds directly inside cytoplasm. Numerous perspectives of such systems can thus be foreseen. An application towards vectorization of photosensible drugs was initiated in the present work, in order to fight cutaneous cancer through photodynamic therapy. These vectors, charged with hydrophobic active principles, showed enhanced stability and promising in vitro results for treatment of skin melanoma and oral squamous carcinoma

Les vésicules extracellulaires (VEs) sont des bio-particules dérivant de la membrane bactérienne et transportant des molécules impliquées dans les interactions avec l’hôte. Le pathogène Staphylococcus aureus (SA) libère des VEs encore largement inexplorées. Cette thèse fournit le premier travail de caractérisation approfondie de la composition en ARN et en protéines des VEs de SA et de ses cellules productrices. Les VEs contiennent toutes les classes d’ARN sous formes intactes ou fragmentées, dont des petits ARN régulateurs. Le contenu en protéines des VEs comprend des facteurs de virulence, des régulateurs transcriptionnels et des enzymes de voies métaboliques variées. Des différences de composition entre les VEs et les cellules productrices ont été détectées, suggérant des processus d’empaquetage sélectif de leur contenu. Au niveau de leurs fonctions biologiques, nous avons montré que l'ajout de VEs à des cultures bactériennes de SA améliorait leur croissance en conditions carencéeDans le cadre des interactions hôte-pathogène, la réponse cellulaire induite par les VEs différait de celle induite par les bactéries vivantes, indiquant que les VEs pourraient avoir d'autres fonctions physiologiques en lien avec l’infection que celles des bactéries. Dans l'ensemble, nous démontrons que les VEs de SA contienent de nouveaux éléments et modulent la réponse de l'hôte avec différentes intensités, temps d'exposition et par des voies différentes de celles des bactéries vivantes. Cette étude apporte des connaissances sur les rôles fonctionnels potentiels des VEs dans le contexte de la physiologie bactérienne et des infections staphylococciques
Bacterial extracellular vesicles (EVs) are nanoparticles carrying macromolecules that can influence host-pathogen interactions. The pathogen Staphylococcus aureus (SA) releases EVs whose characteristics are still largely explored. This thesis’s project provides the first work extensively characterizing the RNA and protein content of profile of SA clinical HG003 strain and its producing cells. We found that EVs comprised all RNA classes including small regulatory RNA. The protein content of EVs was also diverse with various important elements such as virulence factors, transcriptional regulators, and metabolic enzymes. Interestingly, the protein and RNA content of EVs differed from that of its producing cells, suggesting that selective cargo packing exists. The intra- and interspecies role of EVs was also investigated.We found that the addition of HG003 EVs to bacterial cultures improved their growth in restrictive media. In the context of host-pathogen interactions, the cellular response induced by EVs differed from that induced by the living bacteria in both human and bovine models, indicating that EVs could display other physiological functions than those of bacteria which may be important to the infection process. Overall, our data evidence that SA EVs carry important newly discovered elements, and modulate the host response with different intensities, exposure periods, and by different routes from that of live bacteria. This study brings new knowledge about SA EVs potential functional roles in the context of bacterial physiology and staphylococcal infections

Les tubes membranaires sont des structures rencontrées dans le monde vivant et notamment dans l'environnement cellulaire. L'extrusion artificielle de tubes représente un outil idéal pour sonder les propriétés de la membrane et ses interactions avec la matrice sous-jacente. Notre technique d'extrusion hydrodynamique a permis d'extraire des tubes membranaires à partir de vésicules géantes ou de cellules ancrées ponctuellement à une micro-pointe et soumises à un écoulement. On s'est intéressé tout d'abord à caractériser la dynamique d'extrusion de tubes extraits de vésicules rendues poreuses par l'action de la streptolysine O. La comparaison avec les dynamiques d'extrusions sur des vésicules classiques a permis de mieux définir le comportement singulier des vésicules poreuses. La multitude de pores présents au sein de la membrane des vésicules entraîne une perte de ses propriétés élastiques. D'autres expériences ont été menées sur des vésicules encapsulant un gel de Poly(Nipam), permettant ainsi de se rapprocher d'un système plus réaliste de la cellule. L'extrusion de tubes sur des vésicules décorées par un polyélectrolyte, le chitosane, a également été étudié. On a poursuivi notre étude sur une lignée de cellules endocrines, les cellules BON. Les relations entre la force et la vitesse d'extrusion obtenue expérimentalement ont été confrontées à notre modèle théorique. Plusieurs paramètres membranaires tels que la viscosité membranaire, l'énergie d'adhésion membrane-cytosquelette ont pu être estimés. Enfin, on s'est intéressé à étudier l'effet d'un apport massif de membrane, provoqué par le déclenchement volontaire de l'exocytose, sur la dynamique d'extrusion de tubes.

La sécrétion de vésicules membranaires (VMs) constitue un processus physiologique important qui a particulièrement été étudié chez les Bactéries et les Eucaryotes. La récente découverte de la production de VMs chez les Archées souligne cependant que ce phénomène est universel et suggère que le dernier ancêtre commun aux trois domaines, LUCA (Last Universal Common Ancestor), produisait certainement des VMs. Les VMs des Archées n'ayant pour le moment été étudiées que chez certaines Crénarchées (ex : G/ Sulfolobus), nous avons entrepris de caractériser les VMs produites par un groupe d'Euryarchées hyperthermophiles anaérobies, les Thermococcales. Dans la première partie de cette étude, nous avons examiné le mécanisme de production ainsi que la composition en lipides et en protéines des VMs de trois espèces de Thermococcales: Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus gammatolerans et Thermocococus sp. 5-4. Nous avons observé que les VMs sont sécrétées par un processus de bourgeonnement à partir de l'enveloppe cellulaire similaire à la formation des ectosomes par les cellules eucaryotes. De plus, les VMs sont fréquemment libérées en groupes, formant de grosses protubérances ou des filaments ressemblant aux nanopodes récemment décrits chez les Bactéries. Des différences de structure et de composition protéique sont observées entre les VMs des trois souches étudiées. Cependant, les VMs et les membranes cellulaires d'une même souche ont des compositions protéique et lipidique très proches, confirmant que les VMs sont produites à partir des membranes des cellules. Les VMs et les membranes cellulaires des trois souches comportent notamment un récepteur de peptides de la famille OppA (Oligopeptide-binding protein A) et des homologues de cette protéine ont été identifiés dans les VMs de certaines souches de Sulfolobus.Les VMs sécrétées par les Thermococcales sont associées à de l'ADN et cette association les protègent contre la thermodégradation. Nous montrons dans notre étude que les cellules de T. kodakaraensis transformées avec le plasmide navette plC70 relâchent des VMs comportant ce plasmide. De façon intéressante, ces VMs peuvent être utilisées pour transférer pLC70 à des cellules dénuées de plasmides, suggérant que les VMs pourraient être impliquées dans le transfert d'ADN entre cellules à haute température.Dans la seconde partie de cette étude, nous nous sommes particulièrement intéressés à la souche Thermococcus nautilus, une Thermococcale produisant des VMs associées de manière sélective à deux plasmides contenus dans la cellule. L'un d'eux correspond notamment à un génome viral défectueux de la lignée d'adenovirus PRD1. Ceci indique que les VMs peuvent être un moyen de transport pour des génomes viraux et suggère que la production de VMs par des cellules ancestrales pourraient avoir joué un rôle dans l'apparition des virus.En plus d'être impliquées dans le transport de plasmides/virus, les VMs produites par T. nautilus exercent un effet toxique sur certaines souches de Thermococcales, probablement dû au convoyage de toxines. Même si ces " thermococcines " nécessitent d'être caractérisées, il s'agit de la première mise en évidence d'une activité toxique liée aux VMs chez les Thermococcales.

La sécrétion de vésicules membranaires (VMs) constitue un processus physiologique important qui a particulièrement été étudié chez les Bactéries et les Eucaryotes. La récente découverte de la production de VMs chez les Archées souligne cependant que ce phénomène est universel et suggère que le dernier ancêtre commun aux trois domaines, LUCA (Last Universal Common Ancestor), produisait certainement des VMs. Les VMs des Archées n’ayant pour le moment été étudiées que chez certaines Crénarchées (ex : G/ Sulfolobus), nous avons entrepris de caractériser les VMs produites par un groupe d’Euryarchées hyperthermophiles anaérobies, les Thermococcales. Dans la première partie de cette étude, nous avons examiné le mécanisme de production ainsi que la composition en lipides et en protéines des VMs de trois espèces de Thermococcales: Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus gammatolerans et Thermocococus sp. 5-4. Nous avons observé que les VMs sont sécrétées par un processus de bourgeonnement à partir de l’enveloppe cellulaire similaire à la formation des ectosomes par les cellules eucaryotes. De plus, les VMs sont fréquemment libérées en groupes, formant de grosses protubérances ou des filaments ressemblant aux nanopodes récemment décrits chez les Bactéries. Des différences de structure et de composition protéique sont observées entre les VMs des trois souches étudiées. Cependant, les VMs et les membranes cellulaires d’une même souche ont des compositions protéique et lipidique très proches, confirmant que les VMs sont produites à partir des membranes des cellules. Les VMs et les membranes cellulaires des trois souches comportent notamment un récepteur de peptides de la famille OppA (Oligopeptide-binding protein A) et des homologues de cette protéine ont été identifiés dans les VMs de certaines souches de Sulfolobus.Les VMs sécrétées par les Thermococcales sont associées à de l’ADN et cette association les protègent contre la thermodégradation. Nous montrons dans notre étude que les cellules de T. kodakaraensis transformées avec le plasmide navette plC70 relâchent des VMs comportant ce plasmide. De façon intéressante, ces VMs peuvent être utilisées pour transférer pLC70 à des cellules dénuées de plasmides, suggérant que les VMs pourraient être impliquées dans le transfert d’ADN entre cellules à haute température.Dans la seconde partie de cette étude, nous nous sommes particulièrement intéressés à la souche Thermococcus nautilus, une Thermococcale produisant des VMs associées de manière sélective à deux plasmides contenus dans la cellule. L’un d’eux correspond notamment à un génome viral défectueux de la lignée d’adenovirus PRD1. Ceci indique que les VMs peuvent être un moyen de transport pour des génomes viraux et suggère que la production de VMs par des cellules ancestrales pourraient avoir joué un rôle dans l’apparition des virus.En plus d’être impliquées dans le transport de plasmides/virus, les VMs produites par T. nautilus exercent un effet toxique sur certaines souches de Thermococcales, probablement dû au convoyage de toxines. Même si ces « thermococcines » nécessitent d’être caractérisées, il s’agit de la première mise en évidence d’une activité toxique liée aux VMs chez les Thermococcales
Secretion of membrane vesicles (MVs) is an important physiological process that has been extensively studied in Bacteria and Eukarya. The recent discovery that Archaea produce MVs shows that this process is universal and suggests that the Last Universal Common Ancestor, LUCA, certainly produced MVs. As these archaeal MVs have been only studied in some Crenarchaeota (ex: G/ Sulfolobus), we started characterizing MVs produced by Thermococcales, a group of hyperthermophilic anaerobic Euryarchaeota.In the first part of this study we examined the mechanism of production as well as the protein and lipid composition of MVs produced by three strains of Thermococcales: Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus gammatolerans and Thermocococus sp. 5-4. We observed that MVs are released by a budding process from the cell envelope that is similar to ectosome formation in eukaryotic cells. Moreover, clusters of MVs often form filamentous structures and protuberances on cell surfaces, resembling recently described bacterial nanopods. Differences in structure are observable between MVs of the three species, as well as in their protein composition. However, MVs and cell membranes from the same species have a quite similar protein and lipid composition, confirming that MVs are produced from cell membranes. A major protein present in cell membranes and MVs from the three strains is the oligopeptide-binding proteins (OppA), which has homologues in MVs from Sulfolobus species. Thermococcales MVs harbor DNA and protect this DNA against thermodegradation. Here, we show that T. kodakaraensis cells transformed with the shuttle plasmid pLC70 release MVs harboring this plasmid. Interestingly, these MVs can be used to transfer pLC70 into plasmid-free cells, suggesting that MVs could be involved in DNA transfer between cells at high temperature. In the second part of this study, we were specially interested in the strain Thermococcus nautilus, a Thermococcale that produces MVs selectively enriched in two plasmids from the cell. Notably, one of them corresponds to the genome of a defective virus from PRD1-adenovirus lineage. This indicates that MVs can be used as vehicles for the transport of viral genomes and suggests that production of MVs by ancestral cells could have played a role in the origin of viruses.In addition to be involved in transport of plasmids/viruses, MVs from T. nautilus display a toxic effect on some strains of Thermococcales, maybe due to the delivery of toxins. Even if these “thermococcins” remain to be characterized, this is the first time that a toxic activity associated with MVs has been shown in Thermococcales

CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) est le produit du gène impliqué dans la mucoviscidose. Lorsque ce gène est muté, CFTR contenu dans les membranes plasmiques des épithélia sécréteurs n'assure plus convenablement sa fonction de canal chlore sensible à l'AMP cyclique. Il en résulte tous les dysfonctionnement épithéliaux liés à la maladie. Dans le but de créer un outil biochimique afin de tester des effecteurs pharmacologiques de CFTR, nous avons utilisé l'épithélium de trachée bovine. Ce modèle animal est d'un grand intérêt puisqu'il existe une très grande homologie entre CFTR humain et bovin. A partir de ce tissu, disponible en grande quantité, nous avons purifié des vésicules membranaires d'origine apicale orientées à l'envers. Des études d'immunoempreintes nous ont permis de détecter CFTR mature (170 kDa) dans les vésicules membranaires apicales et de déterminer sa distribution au niveau de la membrane plasmique des cellules épithéliales de trachée bovine. Les mesures de flux de chlore radioactif dans ces vésicules, les immunoprécipitations suivies de phosphorylations ont démontrées que ce CFTR isolé est fonctionnel. La pharmacologie du canal chlore CFTR, que nous observons, confirme et complète les résultats antérieurs obtenus en électrophysiologie. Nous avons mis en évidence une forte activité ATPasique présente dans les vésicules membranaires apicales ne correspondent à aucune ATPase connue. Le parallélisme évident entre l'inhibition par une nouvelle molécule à la fois de la fonction canal de CFTR et l'activité ATPasique détectée est un nouvel argument en faveur d'une hydrolyse d'ATP par CFTR.