Cell and tissue morphogenesis depend on the production and spatial organization of tensional forces in the actin cytoskeleton. Actin network architecture is complex because it is made of distinct modules in which filaments adopt a variety of organizations. The assembly and dynamics of these modules is well described but the self-organisation rules directing the global network architecture are much less understood. Here we investigated the mechanism regulating the interplay between network architecture and the geometry of cell’s extracellular environment. We found that α-actinin, a filament crosslinker, is essential for network symmetry to be consistent with extracellular microenvironment symmetry. It appeared to be required for the interconnection of transverse arcs with radial fibres to ensure an appropriate balance between forces at cell adhesions and across the entire actin network. Furthermore, the connectivity of the actin network appeared necessary for the cell ability to integrate and adapt to complex patterns of extracellular cues as they migrate. Altogether, our study has unveiled a role of actin-filament crosslinking in the physical integration of mechanical forces throughout the entire cell, and the role of this integration in the establishment and adaptation of intracellular symmetry axes in accordance with the geometry of extracellular cues.

Spatially-controlled cell adhesion on electron microscopy (EM) supports remains a bottleneck in specimen preparation for cellular cryo-electron tomography. Here, we describe contactless and mask-free photo-micropatterning of EM grids for site-specific deposition of extracellular matrix-related proteins. We attained refined cell positioning for micromachining by cryo-focused ion beam milling. Complex patterns generated predictable intracellular organization, allowing direct correlation between cell architecture and in-cell 3D-structural characterization of the underlying molecular machinery.

Primary cilia are sensory organelles located at the cell surface. Their assembly is primed by centrosome migration to the apical surface. Yet surprisingly little is known about this initiating step. To gain insight into the mechanisms driving centrosome migration, we exploited the reproducibility of cell architecture on adhesive micropatterns to investigate the cytoskeletal remodeling supporting it. Microtubule network densification, with the transient formation of an array of cold-stable microtubules and increased EB1 recruitment at the centrosome, and actin cytoskeleton asymmetric contraction participated in concert to destabilize basal centrosome position and drive apical centrosome migration. A candidate-based siRNA screen identified roles of specific ciliogenesis effectors in this process. The distal appendage protein Cep164 appeared to be a key actor involved in the cytoskeleton remodeling and centrosome migration, whereas the role of IFT88 seemed to be restricted to axoneme elongation. Together our data elucidate the hitherto unexplored mechanism of centrosome migration and show that it is driven by the increase and clustering of mechanical forces to push the centrosome toward the cell apical pole.

Tissue morphogenesis results from the interplay between cell growth and mechanical forces. While the impact of forces on cell proliferation has been fairly well characterized, the inverse relationship is much less understood. Here we investigated how traction forces vary during cell cycle progression. Cell shape was constrained on micropatterned substrates in order to distinguish variations in cell contractility from cell size increase. We performed traction force measurements of asynchronously dividing cells expressing a cell-cycle reporter, to obtain measurements of contractile forces generated during cell division. We found that forces tend to increase as cells progress through G1, before reaching a plateau in S phase, and then decline during G2. This biphasic behaviour revealed a previously undocumented specific and opposite regulation of cell contractility during each cell cycle stage.