Mécanique de la cellule

Mécanismes physiques dans la sénescence cellulaire prématurée.

Responsable scientifique: E. Helfer

Doctorante: Cecile Jebane (2018-2022)

Collaborations: C. Badens (MMG, Marseille France), J.-F. Rupprecht (CPT, Marseille France)

Financement: AMIDEX MECALAM (2018-2022)

Le vieillissement cellulaire, appelé sénescence, est un processus normal au cours duquel les fonctions de la cellule se dégradent progressivement, jusqu'à la mort cellulaire. La sénescence peut aussi se produire prématurément, par exemple dans le cas des laminopathies, maladies génétiques associées à des mutations dans les composants de la lamina, un élément majeur de l’enveloppe du noyau (EN) de la cellule. Si on connaît les conséquences de ces maladies, on ignore encore la relation entre leur gravité, les mutations et les altérations mécaniques au niveau cellulaire/nucléaire. Nous nous sommes intéressés aux altérations mécaniques liées spécifiquement aux anomalies de la lamine A/C, l’un des composants de la lamina. Nous avons utilisé une approche microfluidique couplée à un modèle rhéologique classique pour quantifier les propriétés mécaniques de cellules prématurément sénescentes. Nous avons montré une augmentation de la viscosité effective des cellules sénescentes, jamais observée jusqu’à aujourd’hui. Ce changement ne dépend pas uniquement de la mécanique des noyaux, mais est en fait largement dominé par le cytosquelette de la cellule, qui est connecté au noyau. Nos résultats montrent que les altérations de la lamine A affectent le noyau, mais également ses liens avec le cytosquelette.

Mécanique cellulaire et signalisation : impact sur la différenciation cellulaire.

Responsable scientifique: E. Helfer

Postdoc: Jack Llewellyn

Collaborations: Rosanna Dono (IBDM, Marseille France)

Financement: CENTURI (2022-2023)

Nous voulons comprendre comment des cellules souches (hiPSCs) répondent aux signaux de différenciation en fonction de leur environnement mécanique. Dans un premier temps, nous étudions comment les hiPSCs réagissent aux signaux biochimiques suivant la rigidité des substrats sur lesquelles elles sont adhérées. Dans un second temps, nous allons quantifier les forces générées par les cellules par microscopie à force de traction (Traction Force Microscopy (TFM)).

Mécanismes physiques de l'énucléation des érythroblastes.

Responsable scientifique: E. Helfer

Collaborations: Zhangli Peng (University of Illinois at Chicago, USA), Peng Ji (Northwestern University, Chicago, USA)

Financement: ANR PRCI RedEnuc (2023-2026)

L'érythropoïèse est le processus de génération des globules rouges (GRs). Chez les mammifères, les globules rouges ne contiennent pas de noyau. Les érythroblastes, cellules précurseures des globules rouges, éliminent leur noyau à la sortie de la moelle osseuse pour rejoindre la circulation sanguine, où ils vont devenir des GRs. Le processus d'énucléation étant mal compris, cela limite la production in-vitro des globules rouges de culture, à des buts, par exemple, de transfusion sanguine. Nous voulons élucider le rôle des contraintes mécaniques externes exercées sur les érythroblastes à la sortie de la moelle osseuse, et celui des forces internes générées par des processus mécanosensibles, dans l'expulsion et le détachement du noyau. Pour cela nous développons un dispositif microfluidique qui imite l'environnement encombré de la moelle osseuse et permet l’observation des étapes d'énucléation. Nous collaborons avec un modélisateur numéricien spécialiste des globules rouges sous écoulement et un biologiste-médecin spécialiste de l’érythropoïèse.

Vers la compréhension des mécanismes de génération de tension dans le bois.

Responsable scientifique: A. Charrier

Doctorant : Aubin Normand (2018-2022)

Collaborations: A. Lereu (Institut Fresnel, Marseille), A. Passian (Oak Ridge National Laboratory, USA), O. Arnould (Laboratoire de Mécanique et Génie Civil, Montpellier), Pépinière expérimentale de l’Etat à Cadarache, NEASPEC GMBH (Allemagne)

Financement: IDEX AMU(2018-2022), PICS CNRS (2019-2022),

Avec 3000 Milliards d’arbres, le bois constitue l’un des matériaux les plus répandu sur Terre, il est aussi renouvelable et biodégradable, et il joue un rôle omniprésent dans le maintien et le façonnement des sociétés humaines. Sa grande diversité s’exprime dans une grande variété de propriétés physiques et bio-chimiques lui donnant des fonctionnalités différentes impliquées dans notre quotidien, par exemple des fonctions d’exploitation pour le bâtiment, le papier ou l’énergie... De manière surprenante cette diversité est obtenue uniquement à partir de trois polymères à savoir la cellulose, l’hémicellulose et la lignine représentant plus de 95% des constituants du bois. La diversité provient alors de l’arrangement et des proportions de ces polymères. Les arbres ont en effet une structure hiérarchique, à savoir que leurs propriétés et apparences macroscopiques proviennent de leurs structures aux échelles micro et nanométrique. Cela conduit à s'interroger sur la relation entre la distribution chimique, l'organisation structurale et les propriétés physiques à l’échelle nanométrique. Comment les variations nanométriques vont influencer la réponse globale de l’arbre ? Et réciproquement comment une action externe peut modifier l’arrangement moléculaire et les propriétés associées ?

Un exemple particulièrement intéressant est la capacité que les arbres ont acquis pour se redresser et pour s’aligner avec la direction de la gravité, contrôler l’angle de croissance des branches, ou encore d’améliorer leur résistance face au vent, tout en optimisant la part de biomasse allouée à ces fonctions. Ainsi, les arbres disposent d’un mécanisme moteur actif, analogue aux muscles chez les animaux, sous la forme de contraintes internes générées lors de la croissance secondaire (radiale) des arbres. Dans ce projet, notre objectif est d’apporter des éléments de compréhension des mécanismes menant à la création de ces contraintes en fournissant des données corrélées quantitatives sur la distribution chimique des différents éléments constitutifs du bois et sur les propriétés mécaniques à l’échelle de la paroi cellulaire.

Voir film Expérimenter l’avenir : Le bois de tension, matériau renouvelable et biodégradable, Collection AMIDEX, https://www.youtube.com/watch?v=JLDRaEduz1U