Ancrage sélectif de l’acide hyaluronique sur le cytosquelette : Une étude par microscopie à force atomique

Résumé

Le composant acide hyaluronique du glycocalyx joue un rôle dans la mécanotransduction cellulaire en transmettant sélectivement des signaux mécaniques au cytosquelette de la cellule ou à la membrane cellulaire. L’objectif de cette étude était d’évaluer le lien mécanique entre la molécule d’acide hyaluronique et le cytosquelette cellulaire au moyen de la spectroscopie de force atomique à molécule unique. Les molécules d’acide hyaluronique sur les cellules vivantes ont été ciblées à l’aide de sondes recouvertes de protéine de liaison de l’acide hyaluronique. Deux types d’événements différents ont été observés lors du détachement de la molécule cible de la sonde, ce qui suggère la présence de molécules ancrées au cytosquelette et à la membrane. Les molécules ancrées à la membrane ont facilité la formation d’attaches lorsqu’elles étaient tirées.
Environ 15 % des molécules d’acide hyaluronique testées se sont révélées être ancrées au cytosquelette. Lorsque plusieurs molécules se liaient à la sonde, des modèles de détachement spécifiques ont été observés, suggérant qu’une liaison cytosquelettique devait être rompue pour améliorer la capacité à tirer les attaches de la membrane cellulaire. Cela a probablement entraîné la formation de structures d’attache maintenant un noyau cytosquelettique similaire à ceux observés pour les cellules surexprimant les synthases HA. Les différents événements de rupture observés ont été associés à des mécanismes mécanotransducteurs distincts, de manière analogue à celle proposée précédemment pour le glycocalyx endothélial. Les événements de rupture ancrés dans le cytosquelette unique représentent des molécules d’HA liées au cytosquelette et transmettant donc des stimuli mécaniques dans les compartiments cellulaires internes. Les événements de rupture ancrés dans une seule membrane représenteraient à l’inverse les molécules de glycocalyx reliées aux zones de la membrane où se trouve une abondance de molécules de signalisation.

Introduction

L’acide hyaluronique (HA) est un glycosaminoglycane composé d’unités disaccharidiques répétées sous la forme d’un polymère linéaire [1]. Il est synthétisé par trois protéines transmembranaires apparentées (HAS1, HAS2, HAS3), extrudées vers la surface extérieure des cellules [2] et clivées par des enzymes spécifiques (hyaluronidases, HAase) [3]. L’HA est impliquée dans diverses fonctions physiologiques des cellules et est considérée comme un contributeur à la mécanotransduction et à la médiation des signaux [2]. Ses propriétés mécaniques et de gonflement permettent de régler les fonctions cellulaires telles que l’adhésion et la propagation et de former des structures, telles que des câbles [4] et des microvillosités [5-7], qui peuvent jouer un rôle dans la transmission des signaux. De plus, l’HA a la capacité de modifier les propriétés locales de la membrane agissant comme un cytosquelette externe en modifiant et en contrôlant la forme de la cellule [8].

En conjonction avec les protéoglycanes et d’autres composants non protéoglycanes.

L’AH forme le glycocalyx cellulaire, un ensemble de macromolécules liées à la membrane sur la surface externe des cellules appartenant à différents tissus [9-13] qui a été étudié comme un mécanotransducteur cellulaire [14-17]. Différentes hypothèses ont été formulées pour expliquer les mécanismes sous-jacents de la mécanotransduction médiée par le glycocalyx [16,18,19]. Tout d’abord, un mécanisme « décentralisé » pourrait avoir lieu, où la mécanosense se produit au niveau du glycocalyx tandis que la mécanotransduction se produit à des sites distincts de la surface (cytosquelette, adhésions focales et noyau). La déviation des fibres du glycocalyx due à la contrainte de cisaillement des fluides provoquerait le déplacement moléculaire des protéines de signalisation sur le cytosquelette cellulaire [20]. En plus de ce mécanisme « décentralisé », un mécanisme « centralisé » pourrait également se produire pour lequel le glycocalyx agit comme un mécano-capteur et un mécanotransducteur. Ce mécanisme serait médiatisé par les fibres du glycocalyx directement connectées aux cavéole de la membrane où se trouvent une abondance de molécules de signalisation [16].

La connexion entre le glycocalyx/HA et le cytosquelette cellulaire semble être cruciale pour la médiation du signal et pour explorer l’occurrence des différents mécanismes de mécanotransduction. L’HA est ancré à la cellule par ses synthases ou par des récepteurs de surface, tels que le CD44 [2]. On a émis l’hypothèse que les deux synthases [5] et CD44 [21] pourraient se lier sélectivement au cytosquelette de l’actine et les molécules de liaison à l’actine ont été identifiées pour le récepteur CD44 dans la famille des protéines ERM (ezrin-radixin-moesin) et dans la protéine apparentée merlin.
Le CD44 ne possède aucun site de liaison à l’actine sur son domaine cytoplasmique, ce qui suggère une interaction indirecte médiée par ces protéines associées au cytosquelette. Ces deux molécules de liaison ont des formes actives et inactives permettant une liaison de type commutateur entre l’HA et le cytosquelette de l’actine [21]. Des rôles mécanotransducteurs ont été mis en évidence pour l’ezrine [22] et la merlin [23], suggérant que ces protéines sont de bons candidats pour la transmission de signaux mécaniques de l’extérieur vers l’intérieur des compartiments cellulaires par le glycocalyx.