Fonctionnalité et dynamique des microvillosités intestinales : rôles clés des protéines de liaison à l'actine

Covering the apex of intestinal cells, microvilli are microscopic membrane protrusions structured by a network of actin filaments organized by actin binding proteins. The objective of my thesis consists on investigating how the microvillar actin binding proteins regulate two key features of these organelles: their functionality and plasticity. From a structural point of view, the actin filaments supporting microvilli are tightly packed together by three actin bundling proteins: villin, espin and plastin-1. Using a combined knockout approach, we demonstrate that these three proteins are dispensable to enable and maintain microvilli protrusions. They however confer the appropriate actin organization required for the apical retention of proteins essential for normal intestinal physiology. Besides its structural role, villin also nucleates, caps, and severs actin filaments in a calcium dependent manner, suggesting a central role in microvilli cytoskeleton dynamics. The brush border is indeed subject to major cellular remodeling upon various intestinal stresses (nutrition, pathogen infection, mechanical stress, injury....), which highlights the importance of such cell shape changes. We provide evidences that villin plays a critical role during tissue healing through the initiation of apex disassembly. Such cellular remodeling releases a pool of actin that is remobilized to build efficient migratory structures. Overall, this thesis work documents two important aspects of the epithelial cell biology of the intestine: how the functionality of the apical cellular domain is established and how it can be dynamically remodelled allowing the enterocytes to rapidly respond to a stress.Les microvillosités apicales des cellules intestinales, sont de fines expansions membranaires structurées par un réseau de filaments d'actine organisé par plusieurs protéines de liaison à l'actine. L'objectif de ce travail de thèse consiste à mieux comprendre comment ces protéines de liaison à l'actine régulent deux fonctions critiques de ces organelles : leur fonctionnalité et leur plasticité. Ttrois protéines de liaison à l'actine organisent le réseau de microfilaments soutenant les microvillosités : villine, espine et plastine 1. Nous avons montré que ces protéines ne sont pas essentielles à la formation des microvillosités. En revanche, elles assurent l'agencement d'une fine architecture d'actine qui est requise pour la rétention à la membrane des microvillosités des protéines nécessaires pour la physiologie intestinale. En plus de sa fonction structurale, la villine fragmente les filaments d'actine, suggérant un rôle central dans la dynamique du cytosquelette de la microvillosité. Celles-ci sont en effet sujettes à des réorganisations morphologiques majeures lors de stress intestinaux. Nous avons apporté les preuves définitives montrant que la villine joue un rôle critique au cours de la réparation tissulaire en participant au processus de migration cellulaire par l'initiation du désassemblage du pôle apical. Le pool d'actine microvillositaire est alors remobilisé pour assurer la formation de structures migratoires efficaces. Ces travaux de thèse documentent ainsi deux aspects importants de la biologie de la cellule épithéliale intestinale: l'établissement de la fonctionnalité du pôle apical et son remodelage dynamique permettant une réponse rapide à un stress