Determination of traction force exerted by tumor cells during migration on a deformable substrate

Le processus de migration est un processus moléculaire intégré qui contribue in vivo à de nombreux processus physiologiques de motilité, comme le développement, la surveillance immunitaire et les métastases du cancer. Pour comprendre la migration cellulaire, il est nécessaire de considérer l'environnement de la cellule, le type de cellules et la morphologie ainsi que l'organisation interne, i.e. son cytosquelette et ses adhérences focales. Ce travail se concentre sur l'étude de la migration de cellules cancéreuses de la vessie sur des supports déformables. L'analyse de trois lignées cellulaires de capacité métastatique différente est présentée. La capacité des cellules cancéreuses à réagir à leur environnement est analysée et le processus de migration est décrit en termes de contraintes de traction. La réorganisation interne de la structure des cellules est étudiée par l'observation microscopique des filaments d'actine, des moteurs de myosine et des sites de transmission de force, i.e. les adhésions focales. On s'intéresse à la relation de complémentarité entre les différentes capacités invasives des cellules cancéreuses, les forces de traction ainsi que les forces exercées sur le lamellipode et les structures internes des cellules. Il est constaté que plusieurs paramètres peuvent être utilisés pour discriminer la capacité métastatique, comme le type de migration, les forces de traction, les zones focales d'adhésion, ainsi que l'indice de diffusivité de migration. Cette étude constitue donc une première tentative pour différencier diverses cellules invasives en utilisant la migration sur des substrats mous.The migration process is a physically integrated molecular phenomena that contributes to many physiological motility in vivo processes such as development, immune surveillance and cancer metastasis. To understand cell migration it is necessary to consider the cell's environment, cell type and morphology as well as the internal organization of the cells, i.e. its cytoskeleton and focal adhesions. This work focuses on the study of migrating bladder cancer cells on two--dimensional deformable substrates. The analysis of a panel of three cell lines with different invasive capacity is presented. The ability of cancer cells to respond to their environment is analysed and the migration process is described in terms of traction stresses. The internal reorganization of cells structure is studied by microscopic observation of the actin filaments, the myosin motors and the sites of force transmission, i.e. the focal adhesions. The complementary relationship among different invasive capacities of cancer cells, traction stresses as well as the forces exerted on the lamellipodium and internal structures of cells are discussed. It is found that several parameters can be used for discriminating invasiveness, such as migration type, traction forces, focal adhesion areas, as well as the migration diffusivity index. This study therefore constitutes a first attempt to differentiate various invasive cells using migration on soft substrates