Thèse Année : 2023

Tunneling nanotubes enable intercellular transfer in zebrafish embryos

Les « tunneling nanotubes » permettent le transfert intercellulaire chez les embryons de poisson zèbre

Résumé

Intercellular communication is an essential feature of multicellular organisms, that is indispensable for orchestration of common responses to the changing environment. Tunneling Nanotubes (TNTs) are a recently discovered cell-to-cell communication mechanism that gained significant attention over the last decade. TNTs are long and thin actin-based membranous connections between distant cells, that were shown to enable the transfer of various cellular materials between cells in culture (including calcium waves, microRNA, proteins, organelles, viruses, bacteria, prions). Due to their transfer function, TNTs may be involved in cell-to-cell communication in many pathological conditions, including cancer, AIDS and neurodegenerative diseases. Meanwhile, one of the most debated questions in the TNT field is whether these structures exist in vivo. Intercellular connections that morphologically resemble TNTs were shown to exist during the embryonic development across various species. These studies support the hypothesis that TNTs could also exist in physiological conditions and might play a fundamental role during development by allowing the exchange of materials and signals between distant cells. However, since the functionality of TNT-like structures has not been confirmed in these studies, the existence of open-ended TNTs within living organisms remains unverified. The aim of my project is to characterize TNT-like structures in the developing zebrafish embryo and to assess whether they could represent functional, open-ended TNTs. To this aim, I have set up the method for visualization of TNT-like connections in the living zebrafish embryo. This method allowed to demonstrate the coexistence of TNT-like structures alongside other cellular protrusions. These embryonic TNT-like connections exhibited similar morphology to TNTs described in cell culture and appeared to be regulated by analogous formation mechanisms. Overexpression of the actin binding protein Eps8 (Epidermal growth factor receptor kinase substrate 8) in the embryos or their treatment with the Arp2/3 inhibitor CK666 was inducing TNT-like structures in the embryo. Both of these treatments were previously shown to have a similar effect on TNT formation in cell culture. The most important finding of my study is that I demonstrated the capability of identified TNT-like structures to transfer soluble cargoes and organelles, which is a distinctive feature of TNTs not found in other cellular protrusions. Therefore, this study represents the first demonstration of functional open-ended TNTs in a living organism.
La communication intercellulaire est une caractéristique essentielle des organismes multicellulaires, indispensable pour orchestrer des réponses communes aux changements de l'environnement. Les Tunneling nanotubes (TNTs) sont un moyen de communication intercellulaire récemment découvert et qui a fait l'objet d'une attention particulière au cours de la dernière décennie. Les TNTs sont des connexions membranaires longues et fines à base d'actine entre des cellules distantes, qui permettent le transfert de divers matériaux cellulaires entre des cellules en culture (notamment des ions calcium, des microARN, des protéines, des organelles, des virus, des bactéries et des prions). En raison de leur capacité de transfert, les TNTs peuvent être impliqués dans la communication intercellulaire dans de nombreuses pathologies, notamment le cancer, le SIDA et les maladies neurodégénératives. Cependant, une question importante reste en suspens, à savoir si les TNTs existent in vivo. Il a été démontré que des connexions intercellulaires ressemblant morphologiquement aux TNTs existent au cours du développement embryonnaire chez diverses espèces. Ces études soutiennent l'hypothèse selon laquelle les TNTs pourraient également exister dans des conditions physiologiques et jouer un rôle fondamental au cours du développement en permettant l'échange de matériaux et de signaux entre des cellules distantes. Cependant, comme la fonctionnalité de ce type de connexions n'a pas été confirmée dans ces études, l'existence de vrais TNTs aux extrémités ouvertes dans les organismes vivants reste non vérifiée. L'objectif de mon projet est de caractériser les structures de type TNTs durant le développement du poisson zèbre et d'évaluer si certaines de ces connexions sont de vrais TNTs fonctionnels et aux extrémités ouvertes. Dans ce but, j'ai mis en place une méthode de visualisation des connexions de type TNTs dans l'embryon vivant de poisson zèbre. Cette méthode a permis de démontrer la coexistence de structures de type TNT avec d'autres protrusions cellulaires. Ces connexions de type TNTs présentent une morphologie similaire aux TNTs décrites en culture cellulaire et semblent être régulées par des mécanismes de formation analogues. La surexpression de la protéine Eps8 (Epidermal growth factor receptor kinase substrate 8), qui se lie à l'actine, dans les embryons de poisson zèbre, ou leur traitement avec CK666, l'inhibiteur de Arp2/3, favorise l'apparition de TNTs. Il a été démontré précédemment que ces deux types de traitements ont un effet similaire sur la formation de TNTs en culture cellulaire. Le résultat le plus important de mon étude est que j'ai démontré la capacité des structures de type TNT identifiées à transférer des matériaux solubles et des organelles, une caractéristique distinctive des TNTs que l'on ne retrouve pas pour les autres protrusions cellulaires. Ainsi, cette étude représente la première démonstration de TNTs aux extrémités ouvertes fonctionnelles dans un organisme vivant.
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Dates et versions

tel-04672695 , version 1 (19-08-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04672695 , version 1

Citer

Olga Korenkova. Tunneling nanotubes enable intercellular transfer in zebrafish embryos. Subcellular Processes [q-bio.SC]. Université Paris-Saclay, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPASL116⟩. ⟨tel-04672695⟩
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