L’intégration n’est pas seulement un problème d’importance sociale parmi les humains, mais aussi un problème pour les cellules qui nous composent en tant qu’êtres humains. L’ajout de nouvelles cellules à une population cellulaire déjà établie est essentiel pour la formation des organes au cours du développement normal, mais le même mécanisme est souvent détourné par les cellules cancéreuses lorsqu’elles se propagent dans d’autres cellules. Une nouvelle étude multidisciplinaire révèle comment de nouvelles cellules rejoignent les tissus en lisant les informations mécaniques des tissus voisins. Ils utilisent des doigts cellulaires appelés filopodes pour toucher les cellules adjacentes afin d’ouvrir la couche cellulaire. L’étude a été publiée dans Communication Nature.
Les nouvelles cellules utilisent des structures en forme de doigts pour ouvrir la couche de cellules hôtes
Pour comprendre comment les nouvelles cellules s’intègrent dans la couche cellulaire, le groupe de scientifiques s’est concentré sur la formation de couches cellulaires dans une couche cellulaire. Les cellules de grenouille partagent de nombreuses propriétés avec les cellules humaines, elles sont donc utiles pour ce type de recherche.
Au cours du développement fœtal, cette population cellulaire multicouche est réarrangée à mesure que de nouvelles cellules se déplacent d’un tissu à l’autre. Ce processus doit se produire avec une précision précise afin que chaque cellule entrante soit correctement positionnée.
Des micrographies à haute résolution ont montré que les cellules afférentes étendent des structures en forme de doigts vers la couche cellulaire sur laquelle elles reposent.
Des analyses détaillées des expériences combinées au modèle théorique ont révélé que les cellules afférentes utilisent des extensions en forme de doigts pour rétracter les têtes de la couche hôte, principalement pour vérifier si elles peuvent ouvrir la tête et s’insérer.
Amin Dost Mohammadi, professeur associé et responsable du Smart Active Matter Group à l’Institut Niels Bohr, explique comment cela fonctionne :
« Nous avons trouvé un certain complexe protéique qui s’accumule dans la tête et permet aux doigts des cellules entrantes d’établir un contact physique avec la tête. Comme les cellules entrantes qui étirent leurs bras au hasard pour voir où elles peuvent se fixer. »
Les modèles physiques prédisent le comportement des tissus vivants
Nous nous sommes ensuite tournés vers un modèle informatique physique de la couche cellulaire pour voir si nous pouvions prédire quels sommets seraient les plus sensibles à ces forces de traction. Ces points reliant quatre cellules ou plus sont plus susceptibles de s’ouvrir que les points reliant trois cellules.
Amin Dost Mohammadi, professeur adjoint
Une tendance similaire a été observée dans les expériences, confirmant les prédictions théoriques et montrant que les cellules déjà entrantes utilisent des forces de traînée pour trouver les points les plus faibles de la couche hôte pour s’insérer. »
Les expériences physiques et biologiques vont de pair
Les chercheurs ont utilisé un modèle physique très simple d’un réseau de sommets reliés entre eux par des arêtes comme alternative au réseau complexe formé par les cellules (voir exemple vidéo).
« Avec ce modèle simple, nous pouvons ensuite tester différents types de têtes. Nous pouvons tirer dessus pour simuler les forces d’attraction exercées par les nouvelles cellules, et nous pouvons vérifier la tension que peuvent supporter les têtes de tension et si elles peuvent réellement s’ouvrir. » par conséquent. »
C’était vraiment une discussion entre modèle et expériences, physique et biologie : concevoir un modèle simple, le modifier pour représenter au mieux les éléments clés d’une expérience, puis faire des prédictions qui ont été vérifiées par des expériences. »
Les cellules entrantes créent leurs propres emplacements dans les couches de cellules existantes
Cependant, à ce stade, il n’était pas clair comment ces points faibles étaient apparus en premier lieu. « Lorsqu’il n’y a pas de cellule entrante, il y a très peu de points faibles dans la couche de cellules et la plupart des sommets ne connectent que trois cellules ensemble. À notre grande surprise, nous avons réalisé qu’exactement lorsque les cellules entrantes s’approchent d’une couche de cellules, il y a un grand nombre de connecter des sommets qui apparaissent quatre ou cinq cellules, ce qui suggère que les cellules afférentes elles-mêmes peuvent peut-être influencer la formation de vulnérabilités dans la couche cellulaire supérieure », explique Amin Dostmohammadi.
La mécanique dirige l’intégration des cellules
Ces nouvelles découvertes mettent en évidence l’importance des informations mécanistes dans la direction du mouvement cellulaire au cours du développement embryonnaire et permettent de mieux comprendre comment les structures en forme de doigts (pattes filamenteuses), une caractéristique commune aux crabes envahisseurs, sont utilisées pour détecter les cellules voisines.
« C’est incroyable de voir à quel point tout ce processus est mécanique. Les cellules n’ont pas de cerveau ni de mécanisme de prise de décision. Il est donc fascinant de découvrir comment les cellules entrantes extraient, détectent et sélectionnent très précisément les points faibles d’une couche cellulaire existante. et, si l’environnement est défavorable, faites-le. » Les cellules modifient le calque et s’insèrent », ajoute Amin Dostmohammadi.
« La compréhension acquise grâce à la découverte des mécanismes d’entrée dans les cellules a des implications dans les situations où des cellules indésirables, telles que les cellules cancéreuses, envahissent une couche cellulaire. Cette compréhension est une condition préalable au développement de thérapies post-traitement. »
Combinant les domaines de la physique théorique et de la biologie du développement, c’est le résultat d’une équipe internationale de scientifiques du Niels Bohr Institute (NBI), du Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW) et du Max Planck Center for the Physics of Systèmes vivants (MPI-PKG).
Source:
Référence de la revue :
Ventura, v. et coll. (2022) utilisent des filopodes multicellulaires pour examiner la mécanique des tissus lors de l’intégration épithéliale in vivo. Communication Nature. doi.org/10.1038/s41467-022-34165-0.
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