Impact of a mechanical or a photochemical stress on the intracellular trafficking
Impact d'une perturbation mécanique ou photo-chimique sur le trafic intracellulaire
Résumé
The cell cytoplasm is crowded with membrane-delimited compartments, permanently communicating
with each other. Such communication is permitted by active transport, also called intracellular
trafficking, of vesicles along the cytoskeleton (actin filaments, microtubules), and mediated by
molecular motors. In order to perturbate this intracellular trafficking, two different ways to apply
controlled physical stresses have been performed. The first perturbation is a mechanical one : we
used magnetic endosomes to probe and stress the cell body. To obtain them we internalized magnetic
nanoparticles into mesenchymal stem cells (MSC) through the natural endocytosis pathway.
These endosomes align into chains in the presence of a magnetic field. The mechanical perturbation
then consists in applying a rotational magnetic field on these chains. When comparing the activity
before and after a shear stress, we observed a decrease in the intracellular activity. The second
perturbation has a photochemical origin, through the excitation of an internalized photosensitizer
molecule (m-THPC or TPCS2a). By combining measurements of local cytoplasmic viscosity
and intracellular activity, we found that photo-activation induced only a slight increase in viscosity
while a massive slowing down of trafficking was observed. These effects are correlated with
depolymerization of the microtubule network. The experiments demonstrate that these two photochemical
agents have different intracellular impacts. Eventually, we studied a second effect of the
photochemical perturbation which is the massive and rapid emission of extracellular vesicles.
Le trafic intracellulaire est un phénomène naturel essentiel au bon fonctionnement de la cellule.
Il permet le transport des molécules biologiques vers leur destination, le renouvellement des membranes
des différents compartiments, et il participe à la communication entre le milieu intracellulaire
et le milieu extracellulaire. A l’intérieur des cellules, le cytoplasme est un milieu viscoélastique,
dans lequel les phénomènes de diffusion libre sont lents. Le trafic intracellulaire fait intervenir des
moteurs moléculaires, qui sont capables de convertir de l’énergie chimique en énergie mécanique,
afin d’offrir au contenu des vésicules un transport efficace le long des filaments du cytosquelette.
Nous proposons deux façons de perturber le trafic intracellulaire afin de mieux comprendre son
fonctionnement. La première perturbation est de type mécanique : des endosomes (vésicules de
stockage) sont rendus magnétiques par l’internalisation de nanoparticules magnétiques dans des
cellules souches mésenchymateuses (MSC), de façon à pouvoir être manipulés mécaniquement.
Nous observons le déplacement spontané d’une chaine d’endosomes magnétiques (2-4 endosomes
par chaîne) avant et après un cisaillement effectué grâce à un champ magnétique rotationnel. Nous
avons quantifié une légère diminution du trafic intracellulaire après la rotation des chaînes sans
observer de modification des propriétés viscoélastiques du cytoplasme. La deuxième perturbation
est d’origine photochimique et consiste à exciter une molécule photosensible, qui a été au préalable
internalisée dans des cellules cancéreuses (PC3). L’activation de ces molécules trouve des applications
en thérapie anticancéreuse. Nous avons observé une forte diminution du trafic intracellulaire
après la photo-activation avec en parallèle une faible augmentation de la viscosité. Ceci témoigne
d’un impact direct sur les acteurs du trafic intracellulaire. De plus, des observations sur système
modèle (microtubules + endosomes) ont montré un accroissement de la fréquence des catastrophes
des microtubules suite à la photo-activation. Cette étude à l’échelle de la cellule unique, nous a
permis de mettre en évidence un second effet de la photothérapie : l’émission rapide et massive de
vésicules extracellulaires.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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