Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Noyau cellulaire – Propriétés mécaniques“

Cette synthèse concerne les recherches récemment effectuées à l’INRA sur le rôle des mitochondries dans la régulation du développement, de la croissance et des propriétés du muscle des animaux d’élevage et dans le déterminisme de la fonte musculaire au cours du vieillissement chez l’homme. La relation entre activité mitochondriale et développement musculaire a été confirmée. Au-delà de la relation entre métabolisme oxydatif, densité mitochondriale et type contractile des fibres, nous montrons que les caractéristiques intrinsèques des organites diffèrent en fonction des isoformes de myosine présentes. Les mitochondries participent à la définition du type contractile et à la différenciation des myoblastes, via le dialogue mitochondries-noyau auquel participent trois gènes cibles majeurs de l’organite : c-Myc (répresseur), Calcineurine et myogénine (stimulateurs). L’importance de la voie d’action mitochondriale de la T3 pour la régulation de la itochondriogenèse et de l’activité de l’organite est confirmée à la fois in vitro et in vivo. Aucune relation claire n’a été mise en évidence entre la quantité de lipides intramusculaires (LIM), un déterminant important de la qualité des viandes, et l’activité mitochondriale. La teneur en LIM semble davantage corrélée avec la différenciation des adipocytes intramusculaires et l’importance des flux de lipides dans le muscle qu’avec une voie métabolique particulière. Les protéines découplantes, UCP2, UCP3 (chez le porc) et avUCP (chez le poulet) sont régulées différemment mais il reste difficile de conclure sur leur rôle physiologique. UCP3 et avUCPs sont des effecteurs importants de l’effet thermogénique de la T3 et pourraient jouer un rôle dans le contrôle du métabolisme basal, tandis qu’avUCP semble être un régulateur métabolique majeur chez le poulet. Les travaux concernant l’activité mitochondriale en relation avec le vieillissement ont produit un certain nombre de résultats divergents par rapport à la littérature : absence d’accumulation de délétions de l’ADN mitochondrial et d’altération de l’expression de gènes mitochondriaux ou nucléaires avant un âge très avancé. Pourtant, la production mitochondriale d’H2O2 augmente avec l’âge et le vieillissement accroît la sensibilité de la respiration mitochondriale au calcium, deux phénomènes susceptibles de participer à l’induction «facilitée» d’une mort cellulaire. En conclusion, que ce soit chez l’animal ou l’homme, les mitochondries musculaires participent à de nombreuses fonctions physiologiques en liaison avec leurs différentes activités biologiques.

Chaque espèce vivante acquiert une forme qui lui est propre. La génération de forces mécaniques est l'une des stratégies utilisées par les cellules pour sculpter les organes. Lors du développement animal, les forces mécaniques générées dans le plan des jonctions adhérentes sont importantes pour le remodelage des tissus épithéliaux. Ces forces planaires ont été particulièrement étudiées ces dernières années. C'est le cas notamment de la constriction apicale des cellules lors de l'invagination du mésoderme de l'embryon de drosophile. La réduction de l'apex des cellules est considérée comme un processus fondamental pour la formation de la pliure initiale de cet épithélium. Toutefois, il a été découvert récemment que des forces peuvent aussi être générées dans l'axe apico-basal des cellules. L'équipe dans laquelle j'ai effectué ma thèse a montré que de telles forces sont requises pour la formation de plis dans la patte de la drosophile lors de son développement. Dans ce processus, avant de disparaitre par apoptose (ou mort programmée), les cellules vont former une structure apico-basale appelé "câble de myosine" qui, en se contractant, va induire une déformation des cellules voisines, aboutissant progressivement à la formation de plis. Cependant, les mécanismes requis pour la génération de la force apico-basale restaient inconnus. L'objectif de ma thèse était donc de chercher comment ces cellules destinées à mourir pouvaient générer une force efficace. L'hypothèse de travail était que ce câble de myosine devait être ancré au pôle apical et au pôle basal de la cellule afin de fournir une résistance permettant la génération d'une force efficace pouvant être transmise aux cellules voisines. J'ai donc cherché à identifier ces points d'ancrage grâce à des techniques d'imagerie et de génétique. Dans un premier temps, j'ai identifié le point d'ancrage apical du câble. En effet, les cellules apoptotiques réduisent leur apex mais conservent leurs jonctions adhérentes au niveau desquelles co-localise l'extrémité apicale du câble de myosine. Dans un deuxième temps, j'ai cherché quel pourrait être le point d'ancrage basal du câble de myosine. Une observation surprenante montre que le noyau des cellules apoptotiques est systématiquement relocalisé au pôle basal et que le câble de myosine rentre en contact avec lui. J'ai testé si le noyau joue un rôle dans l'ancrage du câble de myosine en perturbant sa localisation basale. La perte de fonction de Klarsicht, une protéine du complexe LINC, empêche la cellule d'induire une déformation des cellules voisines, montrant que dans ce contexte où le noyau n'est pas relocalisé au pôle basal de la cellule, la force n'est pas ou peu produite. Finalement, j'ai pu montrer que le noyau est lui-même ancré au pôle basal de la cellule afin de fournir un point de résistance lors de la contraction du câble. En effet, j'ai étudié la mobilité des noyaux, montrant d'une part que les noyaux apoptotiques sont moins mobiles que ceux des cellules non-apoptotiques et, d'autre part, que l'actine et la Taline, un composant des adhésions basales, sont requises pour la stabilisation du noyau apoptotique. De plus, j'ai observé que, lors de la contraction du câble, le noyau remonte simultanément et que celui-ci se déforme localement. Finalement, des expériences d'ablation laser du câble de myosine montrent un relâchement de la surface apicale et un recul du noyau. Ainsi, la force émise par les cellules apoptotiques est transmise dans l'axe apico-basal par une liaison adhérence apicale-câble-noyau. Mon travail met en lumière un mécanisme original de génération de force. Ce nouveau mécanisme de force apico-basale pourrait être conservé dans d'autres types cellulaires engagés dans des processus d'invagination au cours de la morphogenèse. Mes résultats montrent également que le noyau joue un rôle nouveau, au-delà de son rôle de protection du génome, en participant activement à la génération d'une force
Each animal species acquires a specific shape during development. The generation of mechanical forces is one of the strategies used by cells to sculpt organs. During animal development, the mechanical forces generated in the plane of adherens junctions are important for epithelium remodeling. These planar forces have been extensively studied over the last years. This is particularly the case during apical constriction of mesodermal cells during drosophila embryo gastrulation. The reduction of the cell's apex is considered a fundamental process to trigger invagination of this tissue. However, recently, it has been shown that forces can also be generated along the cell apico-basal axis. The team in which I did my thesis has shown that these forces are important for the formation of folds during drosophila leg development. In this process, before their disappearance, cells form an apico-basal myosin structure, called "myosin cable". The force created by the contraction of the cable is transmitted to the cell's neighbors, inducing cell shape changes progressively resulting in fold formation. However, the mechanisms required for apico-basal force generation remained unknown. The goal of my thesis was to study in detail how the cells destined to die could generate an effective force. We made the hypothesis that the myosin cable should be anchored at the apical and basal cell poles in order to promote a resistance to the cable contraction, and to allow force transmission to the neighbors. Therefore, my aim was to identify these anchoring points thanks to imaging and genetics technics. First, I had identified apical anchor point. Indeed, apoptotic cells reduce their apex but maintain their adherens junctions. The apical extremity of the myosin cable colocalizes to this adhesion structure. Secondly, I searched for the basal anchor point of myosin cable. Surprisingly, I observed that the nucleus of apoptotic cells is systematically relocated on the basal cell half and that the myosin cable contacts it. I tested whether the nucleus plays a role in myosin cable anchorage by perturbing its basal localization. The loss of function of Klarsicht, a LINC complex protein, prevents the cell to deform its neighbors, showing that, in this context the force is strongly or totally abolished. Finally, I have shown that the apoptotic nucleus itself is anchored to the basal side in order to promote a resistance during cable contraction. Indeed, I studied nuclei mobility and showed that apoptotic nuclei are less mobile than non-apoptotic nuclei. I also showed that F-actin and Talin, a basal adhesion component, are required for apoptotic nucleus stability. Furthermore, I have observed that, during cable contraction, the nucleus moves back apically and that it deforms locally. Finally, laser ablation experiments of the myosin cable show an apical recoil of apical surface and a basal recoil of the nucleus. Thus, the force generated by the apoptotic cells is transmitted in the apico-basal axis thanks to the link between apical adherence, cable and nucleus. My work highlights a new mechanism of force generation. This new mechanism of apico-basal force could be conserved in other cell types in additional invagination processes during morphogenesis. My results also show that the nucleus plays a new role, beyond the protection of the genome, by participating actively in force generation

Du fait de leur importance pour la fonction, les propriétés mécaniques des protéines font aujourd'hui l'objet d'une attention toute particulière. Nous avons utilisé divers outils de la modélisation moléculaire afin d'améliorer notre compréhension de ces propriétés. Nous avons étudié, par le biais de simulations de dynamique moléculaire, la dynamique de molécules d'adhésion cellulaire, les E-cadhérines. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à l'influence des ions calcium sur la flexibilité de la molécule et sur la dimérisation. Nous avons également étudié les trois formes dimériques observées expérimentalement et discuté leur rôle potentiel dans les phénomènes d'adhésion. Nous avons par ailleurs développé divers outils méthodologiques pour l'étude des protéines. Le premier consiste en une nouvelle mesure de la flexibilité des protéines à l'échelle du résidu, obtenue par des minimisations d'énergie sous contrainte. Cette méthode permet en outre de repérer des domaines dynamiques au sein des architectures protéiques par l'étude des déformations engendrées lors de l'application des contraintes. Nous avons également développé un nouveau modèle de représentation des protéines à mi-chemin entre la représentation "tout-atome" et les représentations "gros grains", qui devrait permettre l'étude de systèmes de grande taille en conservant une précision atomique dans les zones les plus importantes de la protéine
Due to their importance for function, the mechanical properties of proteins are the subject of great attention. We have used molecular modeling techniques to gain a better understanding of these properties. We have notably used molecular dynamics simulations to study the dynamics of E-cadherin molecules which are involved in cellular adhesion. The influence of the presence of calcium ions has been monitored in the context of the change in flexibility and dimerisation. We have also examined three dimeric conformations observed experimentally and discussed their potential involvement in adhesion. We have also developed various methodological tools for the theoretical study of proteins. The first is a new index to measure protein flexibility at the single amino acid level, via the use of restrained energy minimisations. This method also allows us to determine dynamical domains within protein structures by analyzing the deformations caused by the restraints. We have also developed a new multi-scale representation of proteins, containing both coarse-grained and all-atom residues. This representation should allow us to study large Systems while keeping atomic precision within the most important parts of the protein

L'adhésion et la migration des cellules jouent un rôle important dans de nombreux mécanismes cellulaires qui vont de la morphogenèse à la prolifération tumorale en passant par la réparation des tissus. Il est maintenant bien établi que l'environnement physique et mécanique des cellules a une grande influence sur de nombreuses fonctions cellulaires comme l'adhésion et la migration ainsi que sur leur devenir et donc leur différentiation. Pour contrôler les propriétés de l'environnement cellulaire, nous avons choisi de combiner des méthodes de micro-fabrication issues de la microélectronique aux techniques de biologie cellulaire et moléculaire. Nous nous sommes notamment intéressés à l'influence de la rigidité du support sur la migration cellulaire et les forces mécaniques exercées par les cellules, des fibroblastes, sur la matrice. Pour cela, nous avons utilisé un substrat constitué de micro-piliers flexibles, qui ont servi de micro-capteurs de force. Nous avons montré que les cellules employées adaptent les forces qu'elles exercent sur leur support à la rigidité de ce dernier. Nous avons ensuite étudié l'influence de la topographie du substrat sur la migration cellulaire. Nous avons pour cela également utilisé des micro-piliers, mais dont le diamètre est 5 à 10 fois supérieur aux précédents. Les cellules, en migrant, rencontrent donc alternativement des surfaces lisses et rugueuses. Nous avons montré que dans ces environnements, les cellules adoptent un comportement s'approchant de celui observé dans un gel tridimensionnel et que le noyau joue un rôle dans cette migration. Enfin, nous avons abordé l'étude de l'étalement cellulaire dans ces environnements texturés.

L'adhésion et la migration des cellules jouent un rôle important dans de nombreux mécanismes cellulaires qui vont de la morphogenèse à la prolifération tumorale en passant par la réparation des tissus. Il est maintenant bien établi que l'environnement physique et mécanique des cellules a une grande influence sur de nombreuses fonctions cellulaires comme l'adhésion et la migration ainsi que sur leur devenir et donc leur différentiation. Pour contrôler les propriétés de l'environnement cellulaire, nous avons choisi de combiner des méthodes de micro-fabrication issues de la microélectronique aux techniques de biologie cellulaire et moléculaire. Nous nous sommes notamment intéressés à l'influence de la rigidité du support sur la migration cellulaire et les forces mécaniques exercées par les cellules, des fibroblastes, sur la matrice. Pour cela, nous avons utilisé un substrat constitué de micro-piliers flexibles, qui ont servi de micro-capteurs de force. Nous avons montré que les cellules employées adaptent les forces qu'elles exercent sur leur support à la rigidité de ce dernier. Nous avons ensuite étudié l'influence de la topographie du substrat sur la migration cellulaire. Nous avons pour cela également utilisé des micro-piliers, mais dont le diamètre est 5 à 10 fois supérieur aux précédents. Les cellules, en migrant, rencontrent donc alternativement des surfaces lisses et rugueuses. Nous avons montré que dans ces environnements, les cellules adoptent un comportement s'approchant de celui observé dans un gel tridimensionnel et que le noyau joue un rôle dans cette migration. Enfin, nous avons commencé l'étude de l'étalement cellulaire dans ces environnements textures
Cell adhesion and migration play a significant role in numerous cell mechanisms, from morphogenesis to metastasis. It is well known that the cell micro-mechanical environment has a strong influence on multiple cell functions such as adhesion, migration and also differentiation. To control the cell environment properties, we chose to combine micro-fabrication techniques, adapted from micro-electronics, with cell and molecular biology. We focused on the influence of substrate stiffness on cell, here fibroblasts, migration and forces on their matrix. For that, we used flexible micro-pillars as force detectors. We showed that cells adapt the forces they exert on their substrate to its rigidity. We then studied the influence of substrate topography on cell migration. We also used micro-posts, but with higher dimensions (5 to 10 times larger). Migrating cells encounter fiat and bumpy surfaces when migrating. We showed that in these environments, cells adopt a behavior close to the one observed in a 3D environment, and also that the nucleus stiffness is involved in this behavior. Then we did a preliminary work on spreading cells in these environments

Les tissus animaux constituent des systèmes biologiques hautement organisés, où les échelles cellulaire et multicellulaire sont en corrélation constante. Non seulement les cellules régulent leur comportement au moyen de signaux biochimiques : elles transmettent aussi des stimuli mécaniques, via le cytosquelette et les complexes d'adhésion, ce qui conduit à la formation d'une organisation collective tridimensionnelle où cellules et tissu se contraignent mutuellement. Afin d'étudier les aspects mécaniques et géométriques des interactions entre cellules, nous avons cultivé des tissus épithéliaux sur des micro-environnements artificiels. Nous avons fabriqué des substrats microstructurés en polyacrylamide et en polydiméthylsiloxane, de rigidité et de géométrie définies, sur lesquels nous avons fait croître un épithélium de MDCK. Nous avons également modifié les propriétés adhésives de ces substrats pour y confiner une seule cellule et simuler ainsi les contraintes topologiques du tissu sur une cellule individuelle. Après avoir marqué les composants internes gouvernant l'architecture cellulaire, nous avons pu en obtenir des images 3D en microscopie confocale et quantifier la morphologie des cellules. Les distributions de volume des cellules et des noyaux mesurées diffèrent en fonction de leur localisation au sein du tissu, ainsi que de la géométrie et de la rigidité de l'environnement. En modifiant ces paramètres expérimentaux, nous avons pu observer l'effet de contraintes externes sur la morphologie cellulaire. Enfin, nous avons remarqué que le relief du tissu dépendait de la topographie du substrat, et nous en avons proposé un modèle qui lie les deux échelles d'organisation
Animal tissues constitute highly organized biological Systems, where the cellular and rmulticellular levels are in constant interrelation. Not only do cells regulate their behaviour via biochemical signalling: they also transmit mechanical stimuli, through the cytoskeleton and adhesion complexes, which leads to the formation of a tridimensional collective organization where cells and tissues constrain each other. To investigate the mechanical and geometrical aspects of intercellular interactions, we cultivated epithelial tissues on artificial micro-environments. We manufactured polyacrylamide and polydimethylsiloxane microstructured substrates with precise stiffness and geometry, which we grew MDCK epithelia on. We also modulated the adhesive properties of these substrates in order to confine a single cell and simulate the topological constraints of the tissue on an individual cell. After staining the internal components which govern cell architecture, we were able to obtain 3D images using confocal microscopy and to quantify the morphology of the cells. The measured volume distributions of cells and nuclei differed according to their localization within the tissue, as well as to the geometry and stiffness of the environment. Modifying these experimental parameters made it possible to observe the effect of external constraints on cell morphology. Finally, we found that the tissue profile depended on the topography of the substrate, and we suggested a mode! which correlates both organizational levels

Le diabète est associé à divers types de complications au niveau vasculaire affectant la micro et la macro-vasculature, ce qui contribue à l'augmentation de l'incidence d'infarctus du myocarde, d'ACV, de néphropathie et de rétinopathie. Parmi les mécanismes expliquant l'apparition de ces complications, la glycation des protéines joue un rôle important. En effet, il est connu que la glycation des protéines de la matrice extracellulaire (élastine, collagène) affecte les propriétés mécaniques des tissus constitués de celles-ci. Nous pensons que la glycation des protéines du cytosquelette peut également affecter les propriétés mécaniques de cellules présentes au niveau de la vasculature, telles que la cellule du muscle lisse vasculaire ou la cellule endothéliale, et ainsi affecter les fonctions cellulaires dépendantes d'une réorganisation du cytosquelette, telles que la contraction cellulaire. Le glyoxal (GO) est un composé hautement réactif de la famille des oxoaldéhydes, considéré comme un puissant agent de glycation au niveau cellulaire, puisqu'il réagit rapidement avec les groupements amines des protéines de façon à former des produits de glycation avancés (PGA). L'étude présentée dans cette thèse démontre d'une part que l'exposition à cet agent de glycation entraîne une augmentation de la rigidité cellulaire ainsi qu'une augmentation de la réponse contractile cellulaire générée par la machinerie actomyosine, en réponse à l'AngII. À la lumière de ces résultats, nous proposons qu'une exposition au GO peut induire des modifications post-traductionnelles de type non-enzymatique des protéines impliquées dans la machinerie contractile et ainsi altérer la fonction contractile cellulaire. C'est pourquoi nous avons en second lieu évalué la glycation de trois protéines impliquées dans la machinerie contractile (actine, ROCK, gelsoline) par un essai basé sur la réaction d'une sonde fluorescente et perméable à la membrane cellulaire, soit le carboxyfluorescéine diacetate succinimidyl ester (CFDA-SE), avec les amines primaires des protéines. Par cet essai, nous avons observé une augmentation de la glycation de l'actine et de ROCK, de même qu'une augmentation de l'interaction entre l'actine et la GSN. Cette thèse montre également l'implication de l'activité kinase de ROCK dans l'amplification de la réponse contractile, suggérant que la glycation de ROCK pourrait moduler son activité. En conclusion, la modification des protéines cellulaires par le GO pourrait affecter leurs fonctions et propriétés mécaniques, notamment par la modulation d'importantes interactions protéine-protéine impliquées dans la contraction cellulaire et dans l'organisation du cytosquelette.

Un modele de structures spatiales reticulees base sur le concept de tensegrite, est developpe dans le but de comprendre le comportement mecanique de cellules vivantes a partir de la connaissance des proprietes physiques des elements constitutifs du cytosquelette. Dans ce cadre, les relations contrainte-deformation d'une structure de tensegrite elementaire comportant 6 barres rectilignes quasi-rigides en equilibre avec 24 cables hyper-elastiques sont etudiees pour differentes conditions de chargements quasi-statiques et sur une large gamme de deformations (0 a 100%). Un modele mathematique permet d'extraire la solution linearisee d'un systeme d'equations traduisant (i) l'equilibre des forces aux nuds, (ii) la compatibilite entre deplacements nodaux et deformations des elements et (iii) la loi de comportement des dits elements. Un modele experimental a egalement ete developpe pour valider le modele mathematique. Une analyse dimensionnelle a permis d'identifier les parametres physiques caracteristiques du comportement mecanique des structures de tensegrite. Les resultats sont obtenus sur des structures de dimensions variees, pour differents etats d'autocontrainte et de rigidite des elements. Ils ont ete mis sous forme d'une relation adimensionnelle mettant en jeu la longueur normalisee l* et la tension de reference normalisee t* des elements elastiques. Cette relation qui decrit la rigidite de ces structures en fonction de la deformation globale, permet le passage des echelles macroscopique (des structures physiques) a microscopique (des cellules vivantes). Les resultats numeriques sont en accord avec les resultats biologiques issus de differentes methodes experimentales, notamment concernant l'ordre de grandeur de la rigidite de cellules endotheliales. Ils confirment l'interet du concept de tensegrite pour la comprehension des proprietes mecaniques de la cellule en relation avec le rearrangement des filaments constitutifs et leurs proprietes physiques.

Les fonctions vasculaires sont régulées par diverses stimulations biochimiques ou mécaniques qui activent les différentes cellules composant les vaisseaux sanguins.Les réponses cellulaires qui en résultent peuvent impliquer une réorganisation du cytosquelette, des changements morphologiques, l'expression de protéines membranaires ou la libération de nombreux médiateurs. Tous ces événements sont susceptibles d'influencer les propriétés mécaniques des cellules. Ainsi, le but de la présente étude est de déterminer l'impact de l'activation de certains récepteurs au niveau des propriétés mécaniques des cellules, des modifications qui pourraient avoir de fortes implications au niveau vasculaire. Pour ce faire, nous avons utilisé deux approches expérimentales permettant d'évaluer des changements morphologiques et mécaniques de très faible amplitude : la microscopie à force atomique (AFM) et la résonance des plasmons de surface (SPR). Nous avons ainsi étudié les effets de l'activation des récepteurs de l'angiotensine II, la thrombine et la bradykinine sur la morphologie et les propriétés mécaniques de modèles cellulaires importants dans l'étude des fonctions vasculaires. Nous avons observé que l'activation du récepteur AT[indice inférieur 1] pour l'angiotensine II induit une réponse mécanique transitoire qui se traduit par une contraction du corps cellulaire, une augmentation du module d'élasticité de la cellule et une diminution de l'intégrité de l'épithélium. Quant à l'activation du récepteur PAR-1 pour la thrombine et du récepteur B[indice inférieur 2] pour la bradykinine, celle-ci provoque aussi une modification de la rigidité des cellules, mais de façon soutenue dans le temps. Ces deux agonistes augmentent aussi l'interaction entre la membrane et le cytosquelette, un phénomène observé par l'augmentation des forces requises pour l'étirement de la membrane cellulaire. Ainsi, la présente étude montre qu'une cellule peut subir des modifications importantes au niveau de ses propriétés mécaniques suivant son activation par différents agonistes, ce qui peut avoir des conséquences directes sur certaines fonctions physiologiques dépendantes des propriétés mécaniques des vaisseaux. En effet, ces changements observés au niveau de la cellule pourraient, entre autres, contribuer au contrôle du diamètre et de la compliance des capillaires, à l'adhésion des cellules inflammatoires ainsi que modifier la perception de stimuli mécaniques par les cellules endothéliales.

Cette thèse a été réalisée avec la Coopérative de Teillage de Lin du plateau du Neubourg (CTLN) qui aspire à la vente d’une partie de ses fibres à destination du marché des composites. Elle s’inscrit donc dans un contexte de développement des connaissances sur la variabilité des propriétés mécaniques et de la composition des parois des fibres de lin en fonction de plusieurs scénarios climatiques (2009, 2010, 2011, 2012) et conditions pédologiques (Nord/Sud/Est/Ouest) sur une localisation géographique restreinte (Plateau du Neubourg, Eure, Haute-Normandie) pour deux variétés (Marylin/Andréa). Suite à l’étude des propriétés mécaniques et de la composition des parois, il s’est avéré que les conditions pédo-climatiques sont les facteurs les plus impactants. Cependant, une analyse ANOVA a permis de montrer que ces impacts restent faibles et qu’il est possible de pouvoir garantir des valeurs de propriétés mécaniques minimales étant compétitives avec celles des fibres de verre, quelle que soit l’année. L’analyse des courbes de contrainte-déformation a mis en évidence l’importance du comportement non-linéaire TIII et a permis de modéliser les modifications structurales dans la paroi lors des sollicitations mécaniques
This thesis was done in collaboration with the Coopérative de Teillage de Lin du plateau du Neubourg (CTLN) which wants to sell some of their producted fibers for composite reinforcement. The aim was to develop knowledge about the variability of mechanical properties and cell wall composition of flax fibers in function of several cimatic scenarios (2009, 2010, 2011, 2012) and pedologic conditions (Nord/Sud/Est/Ouest) on a restricted geographical area (Plateau du Neubourg, Eure, Haute-Normandie) for two varieties (Marylin/Andréa). The study of mechanical properties and cell wall composition showed that pedo-climatic conditions are the most impactant factors. Nevertheless, an ANOVA statistical analysis revealed that their impacts were in a small range and that it is possible to garrantee minimal values of mechanical properties which are competitive with glass fibre’s one, what ever the year. The analysis of stress-strain curves highlighted the importance of the non-linear TIII behavior and permitted to modelize structural modifications happening inside the cell wall during tensile sollicitations

Les desminopathies sont des maladies génétiques neuromusculaires dues à des mutations dans le gène de la desmine. Elles sont caractérisées par la présence d'agrégats dans le tissu musculaire et par une dégénérescence de l'appareil contractile. Les desminopathies ont été bien caractérisées d'un point de vue clinique mais les étapes conduisant à l'apparition des symptômes à partir de la mutation sont encore mal connues. Nous avons modélisé la maladie avec des myoblastes C2C12 électroporés, exprimant de la desmine mutée en position E413K. Nous avons démontré que l'expression de ce variant de desmine induit une désorganisation du réseau de desmine associée à la formation d'agrégats intracytoplasmiques. Nous avons comparé les propriétés mécaniques des cellules C2C12 sauvages, exprimant de la desmine sauvage ou mutée. Nous avons montré que ces trois types cellulaires partagent le même module viscoélastique cortical alors que l'expression de desmine-WT-GFP augmente la rigidité globale des myoblastes. Enfin, nous avons étudié l'impact de l'expression de desmine-E413K-GFP sur la contractilité des myoblastes. Nous avons montré pour la première fois que l'expression de desmine-E413K-GFP induit une diminution significative de la capacité des cellules à générer de la force contractile. Ainsi l'altération des fonctions musculaires contractiles observée dans les desminopathies est déjà présente à un stade très précoce, dans des myoblastes isolés exprimant la desmine mutée depuis seulement 24h. Enfin, nous avons commencé à caractériser l'effet de la desmine mutée en position E413K sur les propriétés mécaniques de microtissus composés de myoblastes C2C12
Desminopathies are neuromuscular genetic diseases caused by mutations in the desmin gene. They are characterized by the presence in muscles of aggregates containing desmin and by degenerative changes of the contractile apparatus. Although desminopathies have been largely studied at clinical level, the different steps that lead from a desmin gene mutation to progressive muscle weakness are stiil unclear. We investigated this problem in early stages of disease pathology and within an isogenic background, by using C2C12 myoblasts electroporated with the E413K mutant desmin. We first show that the expression of this mutant induces a large desmin network disorganization associated with important aggregate formation. We also compared the mechanical properties of wild-type C2C12 cells, cells over-expressing desmin-WT-GFP and cells expressing mutated desmin E413K-GFP. We show that the three cell types share similar visco-elastic moduli of the cortex, whereas expression of WT-desmin -but not of mutated desmin — increases the overall rigidity of cells. We finally investigated the impact of mutated desmin on the contractility of myoblasts in two different geometries, with a custom-made single cell technique, and with Traction Force Microscopy. We show that E413K-mutation significantly decreases cell contraction abilities. We thus demonstrate for the first time that the impaired contractile strength of muscles observed in desminopathies is already present at very early stage, in isolated myoblasts and at very short time of mutated desmin expression. Finally we have begun to investigate the effect of E413K mutated desmin expression on engineered microtissues made of C2C12 myoblasts

Dans ce chapitre, un exemple d’interaction complexe entre les changements de propriétés mécaniques et de la composition biochimique d’un tissu est décrit dans le cas du développement de calcification médiale des artères. L’importance de la mécanobiologie et de modèles de mécanorégulation prédictifs associés aux échelles cellulaire et tissulaire y est soulignée, dans le but de comprendre l’apparition de ces pathologies.