Mechanisms of formation and closure of phagosomes in macrophages

La phagocytose est un mécanisme cellulaire essentiel de l’organisme. Elle joue un rôle à la fois dans le maintien de l’homéostasie tissulaire mais également dans le système immunitaire. Ce processus, réalisé par des cellules phagocytaires, telles que les cellules dendritiques, les polymorphonucléaires neutrophiles ou les macrophages, permet l’ingestion et l’élimination quotidienne de particules de grandes tailles (>0,5 µm) : bactéries, champignons ou débris cellulaires. Il est induit par de nombreux récepteurs phagocytaires tels que les récepteurs aux fragments cristallisables des immunoglobulines (FcR) et les récepteurs au complément (CR3). Ceux-ci induisent des cascades de signalisation différentes mais aboutissant, toutes deux, à un remodelage du cytosquelette d’actine et de la membrane plasmique. Il y alors formation d’une coupe phagocytaire entourant et enfermant la particule à internaliser dans un compartiment clos appelé phagosome. Alors que de nombreuses études ont permis de disséquer l’organisation des coupes phagocytaires induites par les FcR, le mécanisme de fermeture des phagosomes n’était pas élucidé. Par ailleurs, les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation des phagosomes suite à l’engagement des CR3 sont moins bien décrits. Au cours de ce travail, nous avons analysé le rôle de la dynamine 2, une GTPase impliquée dans les mécanismes de fission des vésicules d’endocytose, au cours de la formation et de la fermeture des phagosomes. Nous avons utilisé un système expérimental original utilisant la microscopie à ondes évanescentes pour montrer, que la dynamine 2 est recrutée avec l’actine dans les coupes phagocytaires en formation et qu’elle s’accumule au site de fermeture des phagosomes dans des macrophages vivants. L’inhibition de son activité GTPase induit une inhibition de l’efficacité de phagocytose et un défaut de la dynamique de l’actine lors de l’extension des coupes phagocytaires. De façon surprenante, la dépolymérisation de l’actine conduit à un défaut de recrutement de la dynamine 2 au site de la phagocytose mettant en évidence une régulation croisée entre la dynamine 2 et l’actine. Enfin cette étude a montré que la dynamine 2 joue un rôle critique dans la scission du phagosome. Dans un second temps, nous avons initié l’étude des mécanismes impliqués dans la régulation de l’activité du récepteur au complément CR3. L’activation de ce récepteur phagocytaire, qui fait partie de la famille des intégrines, requiert un ancrage à l’actine nécessaire à la signalisation vers la polymérisation d’actine et à la formation des coupes phagocytaires. L’ensemble de ces résultats contribue à une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires fins impliqués dans la phagocytose.Phagocytosis is an important cellular mechanism. It plays a role in both the maintenance of tissue homeostasis and in the immune system. This process, performed by phagocytic cells, including dendritic cells, polymorphonuclear neutrophils or macrophages, enables daily ingestion and elimination of large particles (> 0.5 microns) e.g. bacteria, fungi or cellular debris. It is induced by many phagocytic receptors such as the receptors for crystallizable fragments of immunoglobulins (FcR) and complement receptor (CR3). These receptors induce different signaling cascades but ultimately lead to a remodelling of the actin cytoskeleton and the plasma membrane. Next there is the formation of a phagocytic cup which surrounds and encloses the ingested particle in a closed compartment called the phagosome. While many studies have dissected the phagocytic cup organization induced by the FcR, the mechanism of phagosome closure was not understood. Furthermore, the molecular mechanisms involved in phagosome formation following CR3 engagement are less well described. In this work, we analyzed the role of dynamin 2, a GTPase involved in fission mechanisms of endocytosis vesicles, and in the formation and closure of phagosomes. We used an original experimental system using the total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) to show that dynamin 2 is recruited with actin during phagocytic cup formation and accumulates at the site of phagosome closure in living macrophages. The inhibition of its GTPase activity induced an inhibition of phagocytosis and a defect in actin dynamics during pseudopod extension. Surprisingly, the depolymerization of actin lead to a defective recruitment of dynamin 2 at the phagocytic site showing there is a cross-regulation between dynamin 2 and actin. Finally, this study showed that dynamin 2 plays a critical role in the scission of the phagosome. Secondly, we initiated the study of the mechanisms involved in regulating the activity of the complement receptor CR3. Enabling this phagocytic receptor, part of the integrin family, requires anchoring actin which is necessary for signaling to the actin polymerization and the formation of phagocytic cups. All these results contribute to a better understanding of the molecular mechanisms involved in phagocytosis purposes