Mécanique de la cellule

Responsable : E. Helfer, K. Sengupta, A. Charrier, E. Gehrels, V. Viasnoff

Présentation

Mécanique des lymphocytes T.

Responsable scientifique: K. Sengupta

Doctorantes:  Celine Dinet (2014-2018), Farah Mustafa (2018-2022)

Postdocs: Astrid Wahl (2016-2018), Fabio Manca (2020-2022)

Collaborations: Pierre Henri Puech & Laurent Limozin (LAI, Marseille, France)

Financements: ERC (SYNINTER 2013-2018), AMU ED 352 PhD grant (Celine Dinet 2014-2017), ATER AMU (Celine Dinet 2018), DOC2AMU (Farah Mustafa 2018-2022), CENTURI (Fabio Manca 2020-2022)

Il est maintenant bien établi que les cellules réagissent a la mécanique de leur micro-environnement, et qu'elles exercent des forces pour ce faire. Nous avons montré que, contrairement aux cellules formant des tissus qui répondent de manière monotone à une rigidité environnementale croissante, les cellules T ont une réponse biphasique lorsqu'elles utilisent leur récepteur spécial - le T cell récepteur (TCR) - pour adhérer. Sur la base d’observations de l'interaction précoce des cellules T avec des substrats mous et rigides, nous montrons comment la mécanique des ligands moléculaires est amplifiée à l'échelle cellulaire. Nous avons en outre mesuré les forces faibles exercées par les cellules T sur des substrats ultra-mous à des temps précoces - expériences qui mettent les bases d'une meilleure compréhension de la mécanique des cellules T.

 

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

Publications

2023

Transit Time Theory for a Droplet Passing through a Slit in Pressure-Driven Low Reynolds Number Flows

Spencer W Borbas, Kevin Shen, Catherine Ji, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer, Zhangli Peng

Micromachines 14:2040 (2023)10.3390/mi14112040

Classification of red cell dynamics with convolutional and recurrent neural networks: a sickle cell disease case study

Maxime Darrin, Ashwin Samudre, Maxime Sahun, Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Vincent Cohen-Addad, Sophie Giffard-Roisin

Scientific Reports 13:745 (2023)10.1038/s41598-023-27718-w

Curvature gradient drives polarized tissue flow in the Drosophila embryo

Emily W Gehrels, Bandan Chakrabortty, Marc-Eric Perrin, Matthias Merkel, Thomas Lecuit

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 120 (2023)10.1073/pnas.2214205120

Enhanced cell viscosity: a new phenotype associated with lamin A/C alterations

Cécile Jebane, Alice-Anaïs Varlet, Marc Karnat, Lucero Hernandez- Cedillo, Amélie Lecchi, Frédéric Bedu, Camille Desgrouas, Corinne Vigouroux, Marie-Christine Vantyghem, Annie Viallat, Jean-François Rupprecht, Emmanuèle Helfer, Catherine Badens

iScience 26:107714 (2023)10.1016/j.isci.2023.107714

Probing mechanical interaction of immune receptors and cytoskeleton by membrane nanotube extraction

Fabio Manca, Gautier Eich, Omar N’dao, Lucie Normand, Kheya Sengupta, Laurent Limozin, Pierre-Henri Puech

Scientific Reports 13:15652 (2023)10.1101/2022.09.15.508080

Physical mechanisms of red blood cell splenic filtration

Alexis Moreau, François Yaya, Huije Lu, Anagha Surendranath, Anne Charrier, Benoit Dehapiot, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Zhangli Peng

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2023)10.1101/2023.01.10.523245

Talin and kindlin cooperate to control the density of integrin clusters

Julien Pernier, Marcelina Cardoso Dos Santos, Mariem Souissi, Adrien Joly, Hemalatha Narassimprakash, Olivier Rossier, Grégory Giannone, Emmanuèle Helfer, Kheya Sengupta, Christophe Le Clainche

Journal of Cell Science 136:jcs260746 (2023)10.1242/jcs.260746

Analytical theory for a droplet squeezing through a circular pore in creeping flows under constant pressures

Zhengxin Tang, François Yaya, Ethan Sun, Lubna Shah, Jie Xu, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer, Zhangli Peng

Physics of Fluids 35:082016 (2023)10.1063/5.0156349

2022

Dynamics of Individual Red Blood Cells Under Shear Flow: A Way to Discriminate Deformability Alterations

Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat

Frontiers in Physiology 12 (2022)10.3389/fphys.2021.775584

Mechanochemical Principles of Spatial and Temporal Patterns in Cells and Tissues

Anaïs Bailles, Emily Gehrels, Thomas Lecuit

Annual Review of Cell and Developmental Biology 38 (2022)10.1146/annurev-cellbio-120420-095337

Programming Directed Motion with DNA-Grafted Particles

Emily W Gehrels, W. Benjamin Rogers, Zorana Zeravcic, Vinothan N Manoharan

ACS Nano 16:9195-9202 (2022)10.1021/acsnano.2c01454

First-Principle Coarse-Graining Framework for Scale-Free Bell-Like Association and Dissociation Rates in Thermal and Active Systems

Josip Augustin Janeš, Cornelia Monzel, Daniel Schmidt, Rudolf Merkel, Udo Seifert, Kheya Sengupta, Ana-Sunčana Smith

Physical Review X 12:031030 (2022)10.1103/PhysRevX.12.031030

Physics of Organelle Membrane Bridging via Cytosolic Tethers is Distinct From Cell Adhesion

Mohammad Arif Kamal, Josip Augustin Janeš, Long Li, Franck Thibaudau, Ana-Sunčana Smith, Kheya Sengupta

Frontiers in Physics 9:750539 (2022)10.3389/fphy.2021.750539

May the force be with your (immune) cells: an introduction to traction force microscopy in Immunology

Farah Mustapha, Kheya Sengupta, Pierre-Henri Puech

Frontiers in Immunology 13:898558 (2022)10.3389/fimmu.2022.898558

Affinity driven ion exchange EG-OFET sensor for high selectivity and low limit of detection of Cesium in seawater

Tin Phan Nguy, Volkan Kilinc, Ryoma Hayakawa, Catherine Henry-De-Villeneuve, Jean-Manuel Raimundo, Yutaka Wakayama, Anne Charrier

Sensors and Actuators B: Chemical 351:130956 (2022)10.1016/j.snb.2021.130956

A Rare Mutation in LMNB2 Associated with Lipodystrophy Drives Premature Cell Senescence

Alice-Anaïs Varlet, Camille Desgrouas, Cécile Jebane, Nathalie Bonello-Palot, Patrice Bourgeois, Nicolas Levy, Emmanuèle Helfer, Noémie Dubois, René Valero, Catherine Badens, Sophie Beliard

Cells 11:50 (2022)10.3390/cells11010050

2021

In situ plant materials hyperspectral imaging by multimodal scattering near-field optical microscopy

Anne Charrier, Aubin C Normand, Ali Passian, Philip Schaefer, Aude L. L. Lereu

Communications Materials 2:59 (2021)10.1038/s43246-021-00166-7

Biomechanics as driver of aggregation of tethers in adherent membranes

Long Li, Mohammad Arif Kamal, Bernd Henning Stumpf, Franck Thibaudau, Kheya Sengupta, Ana-Sunčana Smith

Soft Matter 17:10101-10107 (2021)10.1039/d1sm00921d

Ligand Nanocluster Array Enables Artificial-Intelligence-Based Detection of Hidden Features in T-Cell Architecture

Aya Nassereddine, Ahmed Abdelrahman, Emmanuelle Benard, F. Bedu, Igor Ozerov, Laurent Limozin, Kheya Sengupta

Nano Letters 21:5606-5613 (2021)10.1021/acs.nanolett.1c01073

Influence of force volume indentation parameters and processing method in wood cell walls nanomechanical studies

Aubin C Normand, Anne Charrier, Olivier Arnould, Aude L. Lereu

Scientific Reports 11:5739 (2021)10.1038/s41598-021-84994-0

On the control of dispersion interactions between biological membranes and protein coated biointerfaces

Kheya Sengupta, Robert Blackwell, Arnaud Hemmerle, Andreas Baer, Matthias Späth, Wolfgang Peukert, Drew Parsons, Ana-Sunčana Smith

Journal of Colloid and Interface Science 598:464-473 (2021)10.1016/j.jcis.2021.02.078

Integrin-Functionalised Giant Unilamellar Vesicles via Gel-Assisted Formation: Good Practices and Pitfalls

Mariem Souissi, Julien Pernier, Olivier Rossier, Gregory Giannone, Christophe Le Clainche, Emmanuèle Helfer, Kheya Sengupta

International Journal of Molecular Sciences 22:6335 (2021)10.3390/ijms22126335

2020

Mechanical adaptation of monocytes in model lung capillary networks

Jules Dupire, Pierre-Henri P Puech, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 117:14798 (2020)

Nanomechanics and Raman Spectroscopy of in Situ Native Carbohydrate Storage Granules for Enhancing Starch Quality and Lignocellulosic Biomass Production

Rubye Farahi, Aude L. Lereu, Anne Charrier, Udaya C Kalluri, Brian H Davison, Ali Passian

ACS Omega 5:2594−2602 (2020)10.1021/acsomega.9b02849

Femtomolar detection of Cu2+ ions in solution using super-Nernstian FET-sensor with a lipid monolayer as top-gate dielectric

A. Kenaan, F. Brunel, J.-M. Raimundo, Anne Charrier

Sensors and Actuators B: Chemical 316:128147 (2020)10.1016/j.snb.2020.128147

Electrolyte-gated-organic field effect transistors functionalized by lipid monolayers with tunable pH sensitivity for sensor applications

Tin Phan Nguy, Ryoma Hayakawa, Volkan Kilinc, Matthieu Petit, Yemineni S L V Narayana, Masayoshi Higuchi, Jean-Manuel Raimundo, Anne Charrier, Yutaka Wakayama

Applied Physics Express 13:011005 (2020)10.7567/1882-0786/ab5322

Molecular and Mechanobiological Pathways Related to the Physiopathology of FPLD2

Alice-Anaïs Varlet, Emmanuèle Helfer, Catherine Badens

Cells 9:1947 (2020)10.3390/cells9091947

2019

Self-organization of red blood cell suspensions under confined 2D flows

Cécile Iss, Dorian Midou, Alexis Moreau, Delphine Held, Anne Charrier, Simon Mendez, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer

Soft Matter (2019)10.1039/C8SM02571A