Adhésion cellulaire et mécanique

BENOIT LADOUX & RENÉ MARC MÈGE

Les contraintes mécaniques et la transmission des forces jouent un rôle essentiel dans les organismes vivants multicellulaires. Elles régulent des processus biologiques fondamentaux tels que la morphogenèse, les métastases tumorales et la réparation des tissus. Les adhésions cellulaires, couplées au cytosquelette contractile, sont des sites majeurs de transmission de force dans les cellules. Ce couplage mécanique, qui permet aux cellules de détecter et répondre aux changements physiques de l’environnement, a cependant été largement sous-étudié. Dans ce contexte, nous étudions la coopération entre l’adhésion, la signalisation mécanique et biochimique dans l’adaptation des cellules aux changements de leur environnement physique à différentes échelles, de la molécule unique aux tissus.

Mots-clés : Mécanobiologie ; Mécanosensitivité ; homéostasie de l’épithélium ; migration collectives ; mifrofabrication ; biophysique ; extrusion cellulaire ; mécanique des tissues

+33 (0)157278071 /  +33 (0)157278067     benoit.ladoux(at)ijm.fr  /  rene-marc.mege(at)ijm.fr     @BLadoux     @ReneMege    

https://ladoux-mege-lab.cnrs.fr/

A L’ÉCHELLE DE LA CELLULES UNIQUE

Nous analysons la mécanosensation et la mécanotransduction des adhésions cellule-matrice extracellulaire associées au intégrines, et cellule-cellule associées au cadhérines. Pour répondre à ces questions, nous avons développé des modèles de cellules uniques et de doublets de cellules permettant un contrôle de la formation des adhésions dans un microenvironnement physique et mécanique défini. Couplées à des approches de microscopie avancée, au développement de capteurs de force et à la biologie cellulaire classique, ces approches nous permettent d’étudier les mécanismes moléculaires qui contrôlent le remodelage des adhésions et du cytosquelette, de la forme et de la migration des cellules et leur adaptation à la rigidité de l’environnement ainsi qu’aux propriétés viscoélastiques du cytosquelette et à la tension interne générée par les moteurs à myosine.

 

 

A L’ÉCHELLE MULTICELLULAIRE

Nous étudions le comportement collectif des cellules dans les feuillets épithéliaux, dans le contexte de l’homéostasie tissulaire et de la cicatrisation. Pour répondre à ces questions, nous développons des outils microfabriqués et des outils biophysiques pour mesurer et contrôler les propriétés mécaniques et la topologie du microenvironnement des cellules. Ces outils sont combinés à des approches moléculaires, des techniques avancées de microscopie optique, d’analyse d’images et de modélisation pour étudier l’influence des propriétés physiques de l’environnement sur l’organisation des couches épithéliales, la migration collective des cellules, la polarisation des cellules individuelles et collectives, la division cellulaire et l’extrusion des cellules. Nous caractérisons comment les contraintes physiques peuvent conduire à des propriétés dynamiques et mécaniques émergentes de divers tissus épithéliaux.

 

AU NIVEAU DES TISSUS ET DES ORGANOÏDES

Nous étudions comment des tissus épithéliaux plus complexes, formés de populations de cellules différentes (cellules normales/déficientes pour l’adhésion, normales/cancéreuses, différenciées/cellules souches) confrontées à des substrats homogènes ou hétérogènes (chimie de la matrice extracellulaire, rigidité, géométrie et topographie), régulent l’homéostasie, se séparent et/ou s’auto-assemblent. Nos objectifs sont de déterminer i) comment les contraintes physiques du microenvironnement modulent les propriétés mécaniques des cellules et des tissus épithéliaux, ii) comment elles dirigent une variété de comportements cellulaires incluant la prolifération des cellules souches, l’extrusion ou la délamination de cellules, la migration cellulaire, la différenciation et la polarité, et iii) comment elles ont un impact sur la morphogenèse des tissus épithéliaux normaux, ainsi que sur le développement pathologique des maladies rares de l’intestin. Les substrats biomimétiques couplés à l’imagerie à haute résolution et à la biochimie sont essentiels pour atteindre ces objectifs.

Responsables :

Benoît LADOUX
Téléphone : +33 (0)157278071 / Email : benoit.ladoux (at) ijm.fr

René-Marc MÈGE
Téléphone : +33 (0)157278067 / Email : rene-marc.mege (at) ijm.fr

 

Membres de l’équipe :

ANGER Lucas Ingénieur en biologie
BARAI Amlan Postdoctorant
CELLERIN Victor Doctorant
D’ALESSANDRO Joseph Chercheur
DE BECO Simon Enseignant-chercheur
DELACOUR Delphine Chercheur
DUBEY Sushil Postdoctorant
FARDIN Marc-Antoine Chercheur
FRENOY Olivia Ingénieure en biologie
GUEVARA GARCIA Amaris Postdoctorante
KUONY Alison Postdoctorante
LADOUX Benoît Chercheur
MEGE René-Marc Chercheur
MERCIER Barbara Doctorante
NGUYEN Tien Ingénieure en biologie
PENETI Sudheer Kumar Doctorant
SCHONIT Andreas Doctorant
SOLEILHAC Matis Doctorant
WODRASCKA Fanny Doctorante
WU Huiqiong Postdoctorante
XI Wang Chercheur

Balasubramaniam L, Doostmohammadi A, Saw TB, Narayana GHNS, Mueller R, Dang T, Thomas M, Gupta S, Sonam S, Yap AS, Toyama Y, Mège RM, Yeomans JM, Ladoux B. Investigating the nature of active forces in tissues reveals how contractile cells can form extensile monolayers. Nat Mater. 2021 Aug;20(8):1156-1166. doi: 10.1038/s41563-021-00919-2. Epub 2021 Feb 18. Erratum in: Nat Mater. 2021 Mar 9;: PMID: 33603188; PMCID: PMC7611436.

Gaston C, De Beco S, Doss B, Pan M, Gauquelin E, D’Alessandro J, Lim CT, Ladoux B, Delacour D. EpCAM promotes endosomal modulation of the cortical RhoA zone for epithelial organization. Nat Commun. 2021 Apr 13;12(1):2226. doi: 10.1038/s41467-021-22482-9. PMID: 33850145; PMCID: PMC8044225.

Jain S, Cachoux VML, Narayana GHNS, de Beco S, D’Alessandro J, Cellerin V, Chen T, Heuzé ML, Marcq P, Mège RM, Kabla AJ, Lim CT, Ladoux B. The role of single cell mechanical behavior and polarity in driving collective cell migration. Nat Phys. 2020 Jul;16(7):802-809. doi: 10.1038/s41567-020-0875-z. Epub 2020 May 4. PMID: 32641972; PMCID: PMC7343533.

Le AP, Rupprecht JF, Mège RM, Toyama Y, Lim CT, Ladoux B. Adhesion-mediated heterogeneous actin organization governs apoptotic cell extrusion. Nat Commun. 2021 Jan 15;12(1):397. doi: 10.1038/s41467-020-20563-9. PMID: 33452264; PMCID: PMC7810754.

Doss BL, Pan M, Gupta M, Grenci G, Mège RM, Lim CT, Sheetz MP, Voituriez R, Ladoux B. Cell response to substrate rigidity is regulated by active and passive cytoskeletal stress. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Jun 9;117(23):12817-12825.
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Heuzé ML, Sankara Narayana GHN, D’Alessandro J, Cellerin V, Dang T, Williams DS, Van Hest JC, Marcq P, Mège RM, Ladoux B. Myosin II isoforms play distinct roles in <i>adherens</i> junction biogenesis. Elife. 2019 Sep 5;8:e46599. doi: 10.7554/eLife.46599. PMID: 31486768; PMCID: PMC6756789.

Chen T, Callan-Jones A, Fedorov E, Ravasio A, Brugués A, Ong HT, Toyama Y, Low BC, Trepat X, Shemesh T, Voituriez R, Ladoux B. Large-scale curvature sensing by directional actin flow drives cellular migration mode switching. Nat Phys. 2019 Apr;15:393-402. doi: 10.1038/s41567-018-0383-6. Epub 2019 Jan 21. PMID: 30984281; PMCID: PMC6456019.

Seddiki R, Narayana GHNS, Strale PO, Balcioglu HE, Peyret G, Yao M, Le AP, Teck Lim C, Yan J, Ladoux B, Mège RM. Force-dependent binding of vinculin to α-catenin regulates cell-cell contact stability and collective cell behavior.
Mol Biol Cell. 2018 Feb 15;29(4):380-388. doi: 10.1091/mbc.E17-04-0231. Epub 2017 Dec 27. PMID: 29282282; PMCID: PMC6014167.

Saw TB, Doostmohammadi A, Nier V, Kocgozlu L, Thampi S, Toyama Y, Marcq P, Lim CT, Yeomans JM, Ladoux B. Topological defects in epithelia govern cell death and extrusion. Nature. 2017 Apr 12;544(7649):212-216.
Abstract

Salomon J, Gaston C, Magescas J, Duvauchelle B, Canioni D, Sengmanivong L, Mayeux A, Michaux G, Campeotto F, Lemale J, Viala J, Poirier F, Minc N, Schmitz J, Brousse N, Ladoux B, Goulet O, Delacour D. Contractile forces at tricellular contacts modulate epithelial organization and monolayer integrity. Nat Commun. 2017 Jan 13;8:13998.
Abstract

Local contractions regulate E-cadherin rigidity sensing

Yang YA, Nguyen E, Sankara Narayana GHN, Heuzé M, Fu C, Yu H, Mège RM, Ladoux B, Sheetz MP

Sci Adv.

 

Active nematics across scales from cytoskeleton organization to tissue morphogenesis

Balasubramaniam L, Mège RM, Ladoux B

Curr Opin Genet Dev.

 

Modulation of designer biomimetic matrices for optimized differentiated intestinal epithelial cultures

Xi W, Saleh J, Yamada A, Tomba C, Mercier B, Janel S, Dang T, Soleilhac M, Djemat A, Wu H, Romagnolo B, Lafont F, Mège RM, Chen Y, Delacour D

Biomaterials.

 

Physics of liquid crystals in cell biology

Doostmohammadi A, Ladoux B

Trends Cell Biol.

 

Direct measurement of near-nano-Newton forces developed by self-organizing actomyosin fibers bound α-catenin

Sonam S, Vigouroux C, Jégou A, Romet-Lemonne G, Le Clainche C, Ladoux
B, Mège RM.

Biol Cell.

 

 

Molecular basis for fluidization of cancer cells

Mège RM

Nature Materials

 

Influence of proliferation on the motions of epithelial monolayers invading adherent strips

Gauquelin E, Tlili S, Gay C, Peyret G, Mège RM, Fardin MA, Ladoux B

Soft Matter

 

Mechanobiology of collective cell behaviours

Ladoux B & Mège RM

Nature Reviews Molecular Cell Biology

 

Spindle pole cohesion requires glycosylation-mediated localization of NuMA

Magescas J., Sengmanivong L., Viau A., Mayeux A., Dang T., Burtin M., Nilsson U.J., Leffler H., Poirier F., Terzi F., Delacour D.

Scientific Report

 

A phenomenological model of cell-cell adhesion mediated by cadherins

Mancini S, Mège RM, Sarels B, Strale PO.

J Math Biol.

 

Front-Rear Polarization by Mechanical Cues: From Single Cells to Tissues

Ladoux B, Mège RM, Trepat X.

Trends Cell Biol.

 

Plasticity of the brush border -
the yin and yang of intestinal homeostasis

Feb 3, 2016

Delacour D, Salomon J, Robine S, Louvard D.
Nat Rev Gastroenterol Hepatol.

Early Passage
Dependence of Mesenchymal Stem Cell Mechanics Influences Cellular Invasion and
Migration

Nov 18, 2015

Spagnol ST, Lin WC, Booth EA, Ladoux B, Lazarus HM, Dahl KN.
Ann Biomed Eng.

 

Protrusive waves guide 3D cell migration along nanofibers

Nov 9, 2015

Guetta-Terrier C, Monzo P, Zhu J, Long H, Venkatraman L, Zhou Y, Wang P, Chew SY, Mogilner A, Ladoux B, Gauthier NC.
J Cell Biol.

 

Actin-Based Transport Adapts Polarity Domain Size to Local Cellular Curvature

Oct 19, 2015

Bonazzi D, Haupt A, Tanimoto H, Delacour D, Salort D, Minc N.
Curr Biol.

The mechanotransduction machinery at work at adherens junctions

Oct 5, 2015

Ladoux B, Nelson WJ, Yan J, Mège RM.
Integr Biol (Camb)

Regulation of epithelial cell organization by tuning cell-substrate adhesion

Ravasio A, Le AP, Saw TB, Tarle V, Ong HT, Bertocchi C, Mège RM, Lim CT, Gov NS, Ladoux B.

Integr Biol (Camb).

 

A Chlamydia effector recruits CEP170 to reprogram host microtubule organization

Sep 15, 2015

Dumoux M, Menny A, Delacour D, Hayward RD.
J Cell Sci.

The formation of ordered nanoclusters controls cadherin anchoring to actin and cell-cell contact fluidity

Jul 20, 2015

Strale PO, Duchesne L, Peyret G, Montel L, Nguyen T, Png E, Tampé R, Troyanovsky S, Hénon S, Ladoux B, Mège RM.
J Cell Biol.

Heterogeneous flow kinematics of cellulose nanofibril suspensions under shear

Jun 28, 2015

Martoïa F, Perge C, Dumont PJ, Orgéas L, Fardin MA, Manneville S, Belgacem MN.
Soft Matter.

Adaptive rheology and ordering of cell cytoskeleton govern matrix rigidity sensing

Jun 25, 2015

Gupta M, Sarangi BR, Deschamps J, Nematbakhsh Y, Callan-Jones A, Margadant F, Mège RM, Lim CT, Voituriez R, Ladoux B.
Nat Commun.

 

In vivo examination of the cortical cytoskeleton in multiciliated cells using electron tomography

May 27, 2015

Clare DK, Dumoux M, Delacour D.
Methods Cell Biol

Mechanical link between durotaxis, cell polarity and anisotropy during cell migration

Aubry D, Gupta M, Ladoux B, Allena R.

Phys Biol.

 

Overexpression of galectin-7 in mouse epidermis leads to loss of cell junctions and defective skin repair

Mar 5, 2015

Gendronneau G, Sanii S, Dang T, Deshayes F, Delacour D, Pichard E, Advedissian T, Sidhu SS, Viguier M, Magnaldo T, Poirier F.
PLoS One

High-resolution imaging of cellular processes across textured surfaces using an indexed-matched elastomer

Mar 1, 2015

Ravasio A, Vaishnavi S, Ladoux B, Viasnoff V.
Acta Biomater.

Mechanics of epithelial closure over non-adherent environments

Jan 22, 2015

Vedula SR, Peyret G, Cheddadi I, Chen T, Brugués A, Hirata H, Lopez-Menendez H, Toyama Y, de Almeida LN, Trepat X, Lim CT, Ladoux B.
Nat Commun.

Micropillar substrates: a tool for studying cell mechanobiology

Jan 8, 2015

Gupta M, Kocgozlu L, Sarangi BR, Margadant F, Ashraf M, Ladoux B.
Methods Cell Biol.

INTERNATIONAL

Alexandre Kabla
Cambridge University, UK

Xavier Trepat
IBEC, Spain

Alpha Yap
University of Queensland, Australia

Julia Yeomans
Oxford University, UK

Michael Sheetz
Pakorn tony Kanchanawong
Lim chwee Teck
Yusuke Tonama
Yan Jie
Gianluca Grenci
Mechanobiology Institute (MBI), Singapore

NATIONAL

FRANCE

Raphael VoituriezPhilippe Marcq
Sorbonne Université, Paris

Sylvie Hénon
Laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Université de Paris

Philippe ChavrierChristophe LamazeJacques Prost
Institut Curie, Paris 

Olivier Goulet
Hôpital Necker-Enfants Malades, Paris

Yong Chen
Ecole Normale Supérieure, Département de Chimie, Paris

Bénédicte Dalaval
CRBM, Montpellier

 

INTERNAL

Nicolas Borghi
Mechanotransduction: from Cell Surface to Nucleus

Nicolas Minc
Cellular Spatial Organization

Guillaume Romet-Lemonne & Antoine Jégou
Regulation of Actin Assembly Dynamics