Authors: Bordeleau, François; Bessard, Judicael; Sheng, Yunlong; Marceau, Normand

Source: Biochemistry and Cell Biology, Volume 86, Number 4, August 2008 , pp. 352-359(8)

Publisher: NRC Research Press

Abstract:

The ability of adherent cells to sense and adapt to a mechanical stress generated at focal adhesions (FAs) largely occurs through the integrin-mediated interaction between the cytoskeleton, namely actin microfilaments, and extracellular matrix elements, like fibronectin. Here we assessed the contribution of keratin 8 and 18 (K8/K18) intermediate filaments (IFs) in simple epithelial cells in response to a mechanical stress applied on integrins at FAs. To this end, we used monolayer cultures of K8-knockdown H4-II-E-C3 (shK8b1) rat hepatoma cells and their K8/K18-containing counterparts (H4ev). The stress was generated with a laser tweezers mediated force applied on a fibronectin-coated polystyrene bead attached to integrins alpha;5/beta;1 forming FAs. Measurement of the bead displacement allowed assessment of the viscoelastic response at FAs and the associated surface membrane stiffness. Notably, the loss of K8/K18 IFs in shK8b1 cells revealed an immediate reduction in bead displacements characteristic of a sudden increased in the FA elastic stiffness, incompatible with the K8/K18 IF intrinsic viscoelastic features, but in line with an induced perturbation of the mechanotransduction signals triggered at integrins. In addition, actin microfilament disruption, and to a lesser extent microtubule disruption, led to prominent decreases in the elastic stiffness of FAs, thus identifying actin-MFs and MTs as modulators of the time-dependent FA stiffening in both H4ev cells and shK8b1 cells, in response to mechanical stress. On technical ground, the laser tweezers offer a tool of choice to delineate the K8/K18 IF-mediated modulation of cytoskeletal versus signaling activities at FAs in epithelial cells in response to mechanical stress.

La capacité qu#x2019;ont les cellules adhérentes de détecter et de s#x2019;adapter à un stress mécanique généré aux points d#x2019;adhésion focaux (PAF) survient principalement à travers une interaction entre le cytosquelette, notamment les microfilaments d#x2019;actine, et les éléments de la matrice extracellulaire comme la fibronectine, par l#x2019;intermédiaire des intégrines. Nous avons évalué ici la contribution des filaments intermédiaires (FI) de kératine 8 et 18 (K8/K18) de cellules épithéliales simples en réponse à un stress mécanique appliqué sur les intégrines, aux PAF. À cette fin, nous avons utilisé des cultures en monocouche de cellules d#x2019;hépatome de rat H4-II-E-C3 déficientes en K8 (shK8b1) et leur contrepartie possédant K8/K18 (H4ev). Le stress a été généré par l#x2019;intermédiaire d#x2019;une pince laser (« laser tweezers ») appliquant une force sur une bille de polystyrène enrobée de fibronectine, attachée à l#x2019;intégrine alpha;5/beta;1 des PAF. La mesure du déplacement de la bille a permis d#x2019;évaluer la réponse viscoélastique aux PAF et la rigidité membranaire de surface associée. La perte des FI K8/K18 chez les cellules shK8b1 a notamment révélé une réduction immédiate des déplacements de la bille, caractéristique d#x2019;une augmentation soudaine de la rigidité élastique des PAF, incompatible avec les propriétés viscoélastiques intrinsèques des FI K8/K18, mais en lien avec la perturbation induite par des signaux de mécano-transduction déclenchés aux sites d#x2019;expression des intégrines. De plus, la perturbation des microfilaments d#x2019;actine et, à un degré moindre, la perturbation des microtubules, a conduit à des diminutions importantes de la rigidité élastique des PAF, permettant d#x2019;identifier les microfilaments d#x2019;actine et les microtubules comme modulateurs du durcissement des PAF dépendant du temps chez les cellules H4ev et shK8b1, en réponse à un stress mécanique. D#x2019;un point de vue technique, la pince laser constitue un outil de choix pour départager la modulation dépendante des FI K8/K18 du cytosquelette versus les activités signalétiques aux PAF en réponses à un stress mécanique, chez les cellules épithéliales.

Document Type: Research article

Publication date: 2008-08-01

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