Dynamics of controlled actin network's architecture

Mon travail fut de développer différents projets en vue de mieux comprendre la dynamique et l'organisation des réseaux d'actine et les mécanismes moléculaires à l'origine de la production de force, cela en systèmes reconstitués bio-mimétiques. Dans un premier temps je me suis intéressée à l'étude de l'organisation spatio-temporelle des réseaux d'actine et de ses protéines associées durant la motilité de particules recouverte de promoteurs de nucléation (Achard et al, Current Biology, 2010 et Reymann et al, sous presse à MBOC). J'ai suivi en temps réel l'incorporation de deux régulateurs de l'actine (capping protein et ADF/cofiline) et montré que leur contrôle biochimique sur l'actine gouverne également ces propriétés mécaniques. Afin de mieux caractériser les propriétés mécaniques de ces réseaux d'actine en expension, j'ai ensuite développé un système biomimétique novateur utilisant un set-up de micro-patterning permettant un contrôle spatial reproductible des sites de nucléation d'actine. Cela m'a permis de montrer comment des barrières géométriques, semblables à celles trouvées dans les cellules, peuvent influencer la formation dynamique de réseaux organisés d'actine et ainsi contrôler la localisation de la production de forces. (Reymann et al, Nature Materials, 2010). De plus l'addition de moteurs moléculaires sur ce système versatile nous a permis d'étudier la contraction induite par des myosines. En particulier les myosines VI-HMM interagissent de manière sélective sur différentes architectures d'actine (organisation parallèle ou antiparallèle, réseau enchevêtré), aboutissant à un processus en trois phase : tension puis déformation des réseaux d'actine fortement couplé à un désassemblage massif des filaments. Ce phénomène est intimement dépendant de l'architecture du réseau d'actine et pourrait donc jouer un rôle essentiel dans la régulation spatiale des zones d'expansion et de contraction du cytosquelette in vivo. (Travail en cours d'écriture).I have developed different projects in order to tackle the problem of actin network dynamics and organization as well as the molecular mechanism at the origin of force production in biomimetic reconstituted systems. My first interest concerned the spatiotemporal organization of actin networks and actin-binding proteins during actin based motility of nucleation promoting factor-coated particles (Achard et al, Current Biology, 2010 and Reymann et al, in press at MBOC). I tracked in real time the incorporation of two actin regulators and showed that their biochemical control of actin dynamics also governs its mechanical properties. To further characterize mechanical properties of expanding actin networks, I used an innovative micro-patterning set-up allowing a reproducible spatial control of actin nucleation sites. It allowed me to show that geometrical boundaries, such as those encountered in cells, affect the dynamic formation of highly ordered actin structures and hence control the location of force production (Reymann et al, Nature Materials, 2010). Finally the addition of molecular motors on this tunable system allowed me to study implications for myosin-induced contractility. In particular, HMM-MyosinVI selectively interact with the different actin network architectures (parallel, anti-parallel organization or entangled networks) and leads to a selective three-phase process of tension, deformation of actin networks tightly coupled to massive filament disassembly. This phenomenon being highly dependent on actin network architecture could therefore play an essential role in the spatial regulation of expanding and contracting regions of actin cytoskeleton in cells. (Work in writing process)