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Les cellules ont la capacité intrinsèque de détecter, de générer et de répondre aux forces mécaniques, ce qui entraîne des changements dans le phénotype cellulaire et le remodelage du microenvironnement local 1,2. Les forces jouent un rôle crucial dans la régulation de nombreux aspects du comportement cellulaire, y compris l’adhésion, la migration, la prolifération, la différenciation et la cicatrisation des plaies 3,4. Les aberrations dans l’échange mécanique bidirectionnel entre une cellule et le microenvironnement peuvent conduire à des états malades, y compris le cancer5. De nombreux récepteurs membranaires sont impliqués dans le maintien de l’homéostasie de la matrice cellulaire; parmi ceux-ci, les intégrines et le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) ont une synergie robuste 6,7. Classiquement, les intégrines établissent le lien mécanique entre le microenvironnement et le cytosquelette intracellulaire tandis que l’EGFR régule la croissance, la prolifération et la survie des cellules 8,9. L’EGFR est une cible thérapeutique très étudiée, axée sur la régulation externe-in facilitant la signalisation intracellulaire. La diaphonie EGFR-intégrine a été établie génétiquement et biochimiquement pour réguler la progression de multiples maladies, y compris le cancer10,11. Bien que les études indiquent l’existence d’une interaction EGFR-intégrine, les résultats sont attribués aux voies de signalisation loin de la membrane plasmique 7,12,13,14. L’impact de l’EGFR, ou d’autres facteurs de croissance, sur la mécanique cellulaire reste largement inexploré en partie en raison du manque d’outils pour mesurer les forces cellulaires et les résultats de signalisation. Le défi consiste à identifier des outils appropriés pour étudier la communication entre ces paradigmes de signalisation parallèle et quantifier leurs contributions spécifiques à la mécanique cellulaire.
Plusieurs approches ont été développées pour mesurer les forces générées par les récepteurs d’adhésion cellulaire, et le lecteur est dirigé vers des examens approfondis de ces techniques15,16. En bref, la microscopie à force de traction et la détection de réseaux de micro-piliers reposent sur la déformation d’un substrat sous-jacent pour déduire les forces du nanonewton (nN), soit un ordre de grandeur supérieur aux forces de récepteurindividuelles 17,18. Les techniques à molécule unique, y compris l’AFM et la pince optique, sont sensibles aux forces du piconewton (pN) à protéine unique, mais ne mesurent qu’un seul récepteur à la fois et n’offrent pas une bonne (ou aucune) résolution spatiale. Les sondes de tension moléculaire à base d’ADN et les sondes d’attache de jauge de tension (TGT) offrent une résolution de force pN avec une résolution spatiale limitée à la diffraction (ou meilleure), ce qui leur confère un rôle unique dans l’étude des forces unicellulaires19,20 de divers types de cellules, y compris les fibroblastes, les cellules cancéreuses, les plaquettes et les cellules immunitaires 21,22,23,24 . Alors que les sondes de tension moléculaire ont un élément « ressort » extensible, idéal pour l’imagerie en temps réel, les sondes TGT se rompent de manière irréversible, laissant derrière elles un « historique de force » fluorescent. Les TGT modulent en outre le seuil de tension du substrat sous-jacent; une série de sondes avec des compositions chimiques similaires mais des forces de rupture différentes, ou des tolérances de tension (Ttol), peuvent être utilisées pour quantifier la tension minimale requise pour la formation d’adhérence focale et la propagation cellulaire. Les sondes TGT sont constituées de deux brins d’ADN complémentaires, l’un ancré à la surface et l’autre présentant un ligand à la cellule. Si un récepteur se lie au ligand et exerce une force supérieureau T tol de la sonde, les brins seront séparés. Ttol est défini comme la force constante nécessaire pour rompre 50% des sondes dans un intervalle de 2 s dans des conditions idéales. Dans les sondes TGT « turn-on », un quencher sur le brin supérieur peut être séparé d’un fluorophore sur le brin inférieur. Ce n’est que lorsque la sonde TGT a été rompue, vraisemblablement par des forces supérieures ou égales à Ttol, qu’un signal fluorescent sera généré. Les sondes TGT peuvent également être fixées, ce qui permet de manipuler facilement les systèmes biologiques et de tester plusieurs conditions. Pour ces raisons, des sondes TGT ont été utilisées dans ce travail.
Des sondes TGT ont été utilisées pour étudier comment l’adhésion cellulaire dépendante de l’intégrine et les forces mécaniques sont modulées par l’EGFR21 activé. Ce travail a établi l’EGFR en tant que « mécano-organisateur », accordant l’organisation de l’adhésion focale et la génération de tension. En outre, il a été constaté que la stimulation par l’EGF influençait la distribution et la maturité des adhérences focales et améliorait la propagation cellulaire. Cette approche pourrait être utilisée dans de futures études pour étudier comment les facteurs de croissance influencent les forces mécaniques dans la progression et la dynamique tumorales. Alors que le rôle de la diaphonie EGFR-intégrine dans la régulation de la transition épithéliale à mésenchymateuse est établi, le rôle des forces mécaniques dans ce processus reste sous-exploré10.
Ici, un protocole détaillé est présenté pour ces expériences couvrant la synthèse et l’assemblage de sondes TGT 56 pN, la génération de surfaces TGT sur des couvercles en verre, l’application de cellules Cos-7 sur la surface TGT et la stimulation avec EGF, la fixation et la coloration des cellules avec de la phalloïdine et un anticorps anti-paxilline, l’imagerie par fluorescence par réflexion interne totale (TIRF) à haute résolution et la microscopie de contraste par interférence de réflexion (RICM), et la quantification des images. Ce protocole, bien qu’écrit pour étudier la stimulation EGF des cellules Cos-7, est facilement adaptable à de nombreuses expériences basées sur TGT. Différents ligands, Ttol, types de cellules, paramètres de stimulation, protéines marquées après fixation et analyse quantitative peuvent être facilement substitués, ce qui rend ce protocole robuste et largement utile.