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Revue des Composites et des Matériaux Avancés

1169-7954
 

 ARTICLE VOL 27/1-2 - 2017  - pp.57-72  - doi:10.3166/rcma.2017.00004
TITRE
Effet de la déplétion du cholestérol sur les propriétés viscoélastiques des cellules épithéliales alvéolaires évaluées par microscopie à force atomique en grandes déformations

TITLE
Effect of cholesterol depletion on the viscoelastic properties of alveolar epithelial cells assessed by atomic force microscopy in large deformation

RÉSUMÉ

L’épithélium alvéolaire joue le rôle de la première barrière physique pour empêcher l’internalisation des molécules nocives ou des germes contenus dans l’air inhalé. Cette fonction est notamment assurée par le maintien de l’intégrité mécanique à l’échelle cellulaire de la membrane plasmique des cellules épithéliales alvéolaires. Le cholestérol est un composant majeur et organisateur de la membrane plasmique, bien connu pour jouer un rôle clé dans les propriétés mécaniques de la cellule et de sa membrane. Cependant, force est de constater que de nos jours, il existe peu de données sur les propriétés mécaniques des cellules épithéliales alvéolaires dans des conditions normales et dans des conditions de déplétion du cholestérol. Dans ce travail, les propriétés viscoélastiques des cellules épithéliales alvéolaires vivantes et adhérentes sont évaluées par une mesure mécanique de la relaxation effectuée par microscopie à force atomique (AFM). Concrètement, pendant une minute une indentation est maintenue dans la cellule, la hauteur piézométrique du cantilever est fixée pendant que la force de relaxation est enregistrée. La première partie de la courbe force–distance obtenue par AFM est ajustée par un modèle basé sur l’approche de Hertz alors que la deuxième partie de la courbe, qui correspond à la phase de relaxation, est analysée via un modèle de Maxwell-Wiechert du second ordre. Les mesures AFM ont été effectuées sur des cellules A549 cultivées pendant 24 h suivant trois conditions de culture différentes : (1) état de base, (2) en présence de méthyle-b-cyclodextrine (MbCD) ; cette drogue est connue pour induire une déplétion du cholestérol présent dans la membrane cellulaire et perturber la bicouche lipidique ; et (3) en présence de cytochalasine-D ; cette drogue a pour effet de dépolymériser le cytosquelette d’actine des cellules. Les résultats montrent que (i) comme attendu, la dépolymérisation des filaments d’actine avec la cytochalasine-D diminue la rigidité cellulaire jusqu’à 50 %, et (ii) après 1 heure d’incubation en présence de MßCD, la rigidité des cellules A549 augmente jusqu’à 80 % comme cela a déjà été observé pour d’autres types cellulaires. Cette étude met en évidence, d’une part, le rôle clé du cholestérol dans l’intégrité mécanique des cellules épithéliales alvéolaires et, d’autre part, propose un nouveau modèle d’analyse pour extraire les propriétés viscoélastiques cellulaires à partir de données AFM.



ABSTRACT

The alveolar epithelium plays the role of the first physical barrier to prevent the internalization of harmful molecules or germs contained in inhaled air. This function is notably assured by the maintenance of the mechanical integrity at the cellular scale of the alveolar epithelial cell plasma membrane. A major component and organizer of the plasma membrane, Revue des composites et des matériaux avancés – n° 1-2/2017, 57-72 well known to play a key role in mechanical properties of the cell and its plasma membrane, is the cholesterol. But, nowadays there are few data on the mechanical properties of alveolar epithelial cells in normal and in cholesterol-depletion conditions. Thus, in this work, the viscoelastic properties of adherent living alveolar epithelial cells are assessed by a relaxation mechanical assay performed with Atomic Force Microscopy. Concretely, during one minute of indentation in cell, the cantilever piezo height is fixed while the relaxing force is recorded. The first part of the force–distance AFM curve is fitted by a Hertz-based model and the second part of the force–time AFM curve corresponding to relaxation phase is analyzed by a generalized Maxwell-Wiechert model at second order. AFM measurements were performed on A549 cells cultured for 24 h following 3 different culture conditions: (1) baseline condition, (2) Methyl-b-Cyclodextrin condition (MbCD); this drug, known to deplete cholesterol in the cell membrane and to disrupt lipid raft, allows to test the role of cortical membrane stiffness in mechanical properties of adherent epithelial cells, and (3) cytochalasin-D condition; this drug depolymerizes the actin cytoskeleton of the cells. The results show that (i) as expected, actin-filament depolymerization with cytochalasin-D decreases cell stiffness up to 50%, and (ii) after 1 hour of MbCD incubation, the A549 cell stiffness increases up to 80% as observed in other cell types. This study highlights the key role of cholesterol in the mechanical integrity of alveolar epithelial cells and offers a novel analysis model to extract cellular viscoelastic properties from AFM data.



AUTEUR(S)
Sophie FÉRÉOL, Redouane FODIL

MOTS-CLÉS
cellules épithéliales alvéolaires, cholestérol, microscopie à force atomique, propriétés viscoélastiques, modèle de Hertz.

KEYWORDS
alveolar epithelial cells, cholesterol, Atomic Force Microscopy, viscoelastic properties, Hertz model.

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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