Coordination interne pendant la migration cellulaire

Lorsque les cellules migrent, elles doivent coordonner de multiples voies de signalisation dans l'espace et le temps pour orchestrer la dynamique de leur cytosquelette et la distribution de leurs organites internes. Cependant, on ne sait pas encore très bien comment les différents programmes de signalisation sont couplés. Il est difficile de répondre à de telles questions en raison des nombreuses boucles de rétroaction dans les circuits de signalisation cellulaire. Au cours de ma thèse, en utilisant des expériences de micropatterning dynamique, d'optogénétique, de perturbations pharmacologiques, de trafic, ainsi que d'imagerie des cellules vivantes, j'ai découvert qu'une boucle de rétroaction entre les gradients biochimiques des RhoGTPases - qui dictent l'activité membranaire locale - et l'organisation interne de la cellule - qui définit l'axe de polarité global de la cellule - permet à la migration cellulaire d'être persistante. Premièrement, j'ai démontré que le positionnement de l’appareil de Golgi est instructif pour la sélection de la direction du mouvement. Deuxièmement, en dispersant l’appareil de Golgi et en perturbant la sécrétion polarisée, j'ai montré que la migration perd sa persistance et devient aléatoire. Troisièmement, j'ai avancé des preuves que l'orientation de l’appareil de Golgi biaise l'activité des protrusions membranaires. Quatrièmement, j'ai prouvé qu'un gradient localisé de la RhoGTPase Cdc42 est capable d'orienter l’appareil de Golgi. Au final, je propose un modèle de migration cellulaire persistante basé sur le couplage entre la dynamique des protrusions membranaires, et la sécrétion polarisée.When cells migrate, they need to coordinate multiple signaling pathways in space and time to orchestrate the dynamics of their cytoskeleton and the distribution of their internal organelles. Yet, it remains unclear how the different signaling programs are coupled, and to what extent a proper cell polarity is required for migration. Such questions are difficult to answer because of the numerous feedbacks in the cell signaling circuitry. During my thesis, using dynamic micropatterning, optogenetics, pharmacological and trafficking assays, and live-cell imaging, I found that a feedback between RhoGTPases’ biochemical gradients -that dictate local membrane activity- and cell internal organization -that defines the global polarity axis of the cell- allows cell migration to be persistent. I first demonstrated that Golgi complex positioning is instructive for the selection of the direction of movement using a well-controlled dynamic micropatterning assay. Second, by pharmacologically dispersing Golgi complex and disrupting polarized secretion, I showed that persistent migration breaks down and becomes random. Third, I found evidence that the Golgi orientation biases protruding activity, most likely by directing the secretion of adhesive molecules. Fourth, by applying sustained optogenetic perturbations, I proved that a localized Cdc42 RhoGTPase gradient is able to orient the Golgi complex. Taken together, I propose a model of persistent cell migration based on the coupling between protrusion dynamics, driven by RhoGTPases’ activities, and polarized secretion, biased by organelle positioning