Dynamique du cytosquelette de la bordure en brosse des entérocytes : étude par FRAP à deux photons
Résumé
Intestinal epithelial cells contain a brush-like membrane composed of numerous finger-like protuberances called microvilli. Each microvillus is composed of a core bundle containing actin filaments and an helical array of brush border myosin I (BBMI) cross bridges between the plasma membrane and actin filaments. Highly dynamic processes occurs during brush border assembly. In particular, the number and the length of microvilli increase during the final step of adult enterocyte differentiation, as well as during the last stage of embryogenesis. The rapid turnover of cytoskeleton and membrane proteins in the mature enterocytes also suggests that dynamic processes also take place while the enterocyte maintains a stationary morphology. Microvilli dynamics might be driven by the polymerization of actin that is sufficient for example the rocketing motion of bacteria. Alternatively, and non-exclusively, microvilli dynamics might be powered by BBMI either by generating a force as proposed by M. Sheetz during the extension of growth cones filopodia, or by delivering membrane component to the apical domain. In order to elucidate the dynamics of BBMI and actin in the enterocyte brush border, we made an instrument allowing the measurement of tridimensional mobility of proteins in live cells by combining two-photon fluorescence imaging of living cells with fluorescence recovery after photobleaching (FRAP). Ours results show that both actin and BBMI are mobile, but with different dynamics. Moreover, we showed for the first time in living cells that BBMI has a motor activity in microvilli.
Les cellules épithéliales de l'intestin possèdent une membrane plasmique spécialisée, la bordure en brosse, qui est constituée de protubérances en forme de doigts appelées microvillosités. Chaque microvillosité est composée d'un faisceau de filaments d'actine et d'un réseau en hélice de molécules de myosine I de la bordure en brosse (BBMI) formant des liens entre la membrane plasmique et les filaments d'actine. Lors de l'assemblage de la bordure en brosse, il se produit des phénomènes hautement dynamiques. En particulier, le nombre et la taille des microvillosités augmentent durant la dernière étape de différenciation des entérocytes adultes, comme au cours de la phase finale de l'embryongenèse. Le renouvellement rapide des protéines membranaires et du cytosquelette dans les entérocytes matures suggère également que des processus dynamiques ont lieu pour permettre à ces cellules de conserver leur morphologie. La dynamique des microvillosités pourrait être due à la polymérisation de l'actine qui est suffisante pour assurer la propulsion des bactéries, par exemple. Alternativement, BBMI pourrait être responsable de cette dynamique, soit en générant une force comme proposé par Sheetz pour l'extension des cônes de croissance des filopodes, soit en acheminant des composants membranaires au pôle apical de la cellule. Afin d'élucider la dynamique de BBMI et de l'actine dans la bordure en brosse des entérocytes, nous avons mis au point un instrument permettant la mesure de la mobilité tridimensionnelle des protéines dans des cellules vivantes en combinant l'imagerie de cellules vivantes en microscopie à deux photons avec la technique de FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching). Nos résultats montrent que BBMI et l'actine sont mobiles, mais avec une dynamique différente. De plus, nous avons montré, pour la première fois dans des cellules vivantes, que BBMI a une activité motrice dans les microvillosités.