Mapping Tunneling Nanotubes In Vitro & In Vivo: A Structural Approach
Cartographie des nanotubes à effet tunnel in vitro et in vivo : une approche structurelle
Résumé
Inter-cellular communication has long been thought to be governed by juxta-, endo-, and paracrine signaling, tight junctions, and more recently, exosomes. However, large efforts from our and other groups revealed that Tunneling Nanotubes (TNTs), actin-rich membranous
protrusions that connect the cytoplasm of distant cells and allow the dynamic inter-cellular transport of biological cargo, also provide the infrastructure and machinery for effective cell-tocell communication. Despite significant progress made to unveil TNT-mediated cell
communication, the characterization of these novel organelles has been limited by unanswered questions that hail from the lack of both molecular and structural information. Exploring these gaps in the field using a series of state-of-the-art tools and novel approaches became the main focus of my dissertation. Specifically, I explored the specific role of actin-regulator complexes in the formation of TNTs connecting neuronal cells. My analyses show that molecular pathways known to be involved in the formation of other membranous protrusions behave differently in
the generation of TNTs. By employing live imaging microscopy, cryo-correlative electron microscopy and tomography approaches, I also studied the nano- architecture of neuronal TNTs.
My findings demonstrated that TNTs of neuronal cells are comprised of multiple individual TNTs capable of transporting vesicles and mitochondria. Owing to the difficulties of identifying TNTs in vivo, my work also focused on the implementation of a structural Connectomic approach to detect TNTs in tissue without the need for a TNT-specific marker. My findings indicate that TNTlike structures connect migratory cerebellar granule cells of neonate mice, suggesting that intercellular communication during migratory events in the brain could be mediated by TNT-like processes. Skeletonization of the structures identified provide my findings with geometrical information that can be compared with observations made by corroborative dye-coupling experiments. Taken together, my dissertation work sheds light on the formation and structure
of neuronal TNTs in vitro, and novel approaches for the identification of TNTs in vivo.
On a longtemps pensé que la communication intercellulaire était régie par la signalisation juxta-, endo- et paracrine, les jonctions serrées et, plus récemment, les exosomes.
On a longtemps pensé que la communication intercellulaire était régie par la signalisation juxta-, endo- et paracrine, les jonctions serrées et, plus récemment, les exosomes. Cependant, des efforts importants de notre groupe et d'autres groupes ont révélé que les nanotubes à effet tunnel (TNT), des protubérances membranaires riches en actine qui relient le cytoplasme de cellules distantes et permettent le transport intercellulaire dynamique de cargaisons biologiques, fournissent également l'infrastructure et la machinerie nécessaires à une communication intercellulaire efficace. Malgré les progrès significatifs réalisés pour dévoiler la communication cellulaire médiée par les TNT, la caractérisation de ces nouveaux organites a été limitée par des questions restées sans réponse en raison du manque d'informations moléculaires et structurelles. L'exploration de ces lacunes dans le domaine à l'aide d'une série d'outils de pointe et d'approches nouvelles est devenue l'objectif principal de ma thèse. Plus précisément, j'ai exploré le rôle spécifique des complexes actine-régulateur dans la formation des TNT reliant les cellules neuronales. Mes analyses montrent que les voies moléculaires connues pour être impliquées dans la formation d'autres protubérances membranaires se comportent différemment dans la génération des TNT. En utilisant la microscopie d'imagerie en direct, la microscopie électronique cryocorrélative et des approches de tomographie, j'ai également étudié la nano-architecture des TNT neuronales.
Mes résultats ont démontré que les TNT des cellules neuronales sont constituées de multiples TNT individuelles capables de transporter des vésicules et des mitochondries. En raison des difficultés d'identification des TNT in vivo, mon travail s'est également concentré sur la mise en œuvre d'une approche connectomique structurelle pour détecter les TNT dans les tissus sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un marqueur spécifique aux TNT. Mes résultats indiquent que des structures de type TNT relient les cellules granuleuses cérébelleuses migratoires de souris nouveau-nées, ce qui suggère que la communication intercellulaire pendant les événements migratoires dans le cerveau pourrait être médiée par des processus de type TNT. La squelettisation des structures identifiées fournit à mes résultats des informations géométriques qui peuvent être comparées aux observations faites par des expériences corroboratives de couplage de colorants. Dans l'ensemble, mon travail de thèse met en lumière la formation et la structure des TNT neuronales in vitro, ainsi que de nouvelles approches pour l'identification des TNT in vivo.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)