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Posté par Adrien le Samedi 09/01/2016 à 00:00
Tout est question de polarité
La répartition des biens est un principe social que l'on nous enseigne dès notre plus jeune âge. De manière générale, on nous apprend à partager équitablement les uns avec les autres. Ceci s'applique également aux cellules qui, pour fonctionner correctement, ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...) de partager des informations pendant la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) cellulaire. Toutefois, dans le cas des cellules, l'échange d'informations ne se fait pas obligatoirement de manière équitable. Lors de la division cellulaire asymétrique, les endosomes - des vésicules qui stockent des molécules de signalisation - ne se dirigent que vers une seule cellule fille. Les chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Genève (UNIGE) l'ont découvert voici quelques années déjà, mais ignoraient encore le mécanisme caché derrière ce partage inéquitable. C'est aujourd'hui chose faite. Ils ont réussi à faire la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) sur la manière dont les endosomes savent vers quelle cellule se diriger, et comment cela fonctionne physiquement. Les résultats, qui pourront contribuer à la compréhension du développement des tumeurs, sont à lire dans la revue Nature.


Image en microscopie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) d'un fuseau mitotique central asymétrique. Les microtubules (en vert) sont plus enrichis du côté gauche du fuseau (cortex cellulaire marqué en rouge). © Emmanuel Derivery

Le destin des cellules vivantes est déterminé par des informations codées dans des molécules de signalisation. Ce "logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement,...)" donne aux cellules des instructions concernant leur manière d'agir. Pendant la division cellulaire, ces informations sont traitées de deux façons différentes: symétrique ou asymétrique. Lors de la division symétrique, les informations contenues dans la cellule mère sont transmises de manière équitable et forment deux cellules filles identiques. Lors de la division asymétrique, en revanche, deux cellules filles différentes l'une de l'autre sont obtenues. Dans le cas de cellules souches par exemple, l'une des cellules filles est une copie conforme de la cellule mère et devient elle-même une cellule souche, tandis que l'autre cellule fille accomplira une fonction spécifique dans l'organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction physiologique. Certains organes assurent simultanément plusieurs fonctions, mais dans ce cas, une fonction est...).

L'équipe du professeur Marcos Gonzalez-Gaitan, du département de biochimie de la Faculté des sciences de l'UNIGE, a signalé l'existence d'un mécanisme qui explique comment la division asymétrique fonctionne. Leurs recherches, financées à l'aide d'une subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est allouée par une institution publique ou privée à une personne ou une organisation privée ou publique dans le cadre d'un projet. Les...) ERC, ont démontré que, quel que soit le type de division, une structure en forme d'échafaudage à l'intérieur de la cellule, appelée fuseau mitotique central, joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à...) un rôle important dans l'acheminement des informations de signalisation. Cet échafaudage est constitué de microtubules, de minuscules tiges rigides qui convergent ( en astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ) au centre de la cellule. Celles-ci possèdent un pôle négatif et un pôle positif, ce dernier pointant vers le centre. Les endosomes, ces petites vésicules qui stockent les informations de signalisation, se servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) de ces microtubules comme voies de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...), en se déplaçant sur elles comme sur une voie à sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant...) unique. Le "moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail...)" de ce véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) est une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...) appelée Klp98A. Les pôles positifs agissant comme des indicateurs de direction, ils permettent aux endosomes de progresser vers le centre de la cellule.

Qui dit fuseau asymétrique, dit distribution asymétrique

Deux autres protéines interviennent au niveau des microtubules et sont à l'origine d'une asymétrie de l'axe central. La première, la protéine dépolymérisée Klp10A, coupe les microtubules de leurs pôles négatifs. En revanche la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est...), nommée Patronin, couvre les extrémités négatives et empêche Klp10A de couper les microtubules. Étant donné sa présence plus abondante d'un côté que de l'autre de la cellule en division asymétrique, le découpage des microtubules est également davantage contrecarré du côté où le Patronin est plus présent. Par conséquent, ce côté sera doté d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) plus important de microtubules. Ce schéma peut être comparé à une autoroute (Une autoroute est une route réservée à la circulation des véhicules motorisés rapides (automobiles, motos, poids lourds) et dont le tracé permet de circuler avec une sécurité...) à double sens ayant plus de voies dans une direction que dans l'autre. Lorsqu'un conducteur s'engage sur cette autoroute, il y a donc plus de chance qu'il parvienne à la destination desservie par un plus grand nombre de voies.

Pour les cellules, cette asymétrie signifie qu'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un...) plus importante de microtubules se dirigent vers une cellule fille plutôt que vers l'autre. Ceci polarise la motilité des endosomes que le "moteur" Klp98A pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) vers cette cellule. Les chercheurs se sont alors demandés s'il était possible d'inverser ce processus. Ils y sont parvenus grâce à ce que l'on appelle les Nanobodies. À l'aide de ces minuscules anticorps, ils ont réussi à écarter le Patronin du côté de la cellule où celui-ci est habituellement présent en abondance, et constaté que, soudainement, un nombre plus important de microtubules se dirigeaient vers l'autre cellule. Ce fuseau inversé envoyait dès lors les endosomes dans la direction opposée de leur parcours habituel. Les chercheurs ont donc agi tels des cantonniers, changeant le nombre de voies dans une des directions de l'autoroute. "Cela nous a apporté la preuve qu'il est effectivement possible de duper les endosomes en les envoyant dans la mauvaise direction, explique Emmanuel Derivery, premier auteur de l'étude. Cela signifie que c'est bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans...) et bien la polarité de l'axe qui orchestre la polarité des endosomes."

Afin de pouvoir analyser une multitude de cellules différentes, les chercheurs ont développé leur propre logiciel. Celui-ci permet à l'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des...) de mesurer en toute autonomie plusieurs propriétés simultanément, tels que les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) du fuseau et la vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture navale,...) des endosomes au niveau des microtubules, à partir d'enregistrements vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un...) du processus réalisés avec un microscope confocal à disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en...) rotatif. "En procédant ainsi, nous pouvons analyser des milliers de trajectoires d'endosomes en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.)", explique Marcos Gonzalez-Gaitan. Par ailleurs, les chercheurs ont démontré que ce mécanisme de distribution asymétrique fonctionne de manière identique aussi bien dans les différentes cellules souches de la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du mot italien musca, qui désigne de nos jours...), y compris neuronales et intestinales, que dans les précurseurs neuronaux de la moelle épinière (La moelle épinière, ou moelle spinale, désigne la partie du système nerveux central prolongeant en dessous la medulla oblongata, ou bulbe rachidien, du tronc cérébral, et contenue dans le...) du poisson zèbre (Le Poisson zèbre ou Danio (Danio rerio) est une espèce de poisson qui se rencontre en Inde. Il est couramment utilisé en aquariophilie et en laboratoire où il sert d'organisme modèle. Certaines races et...). "Cela nous donne un très bon aperçu de ce qu'il se passe dans une cellule type moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de...) pendant la division cellulaire asymétrique, et nous obtenons ces informations de manière totalement objective, étant donné que c'est l'ordinateur qui les collecte", ajoute-t-il.

Le professeur Gonzalez-Gaitan est convaincu que ces découvertes pourront avoir un impact sur la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) sur le cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que...). "Lorsque la division cellulaire asymétrique de cellules souches ne fonctionne pas correctement, la prolifération des cellules dans des organes, tels que l'intestin (L'intestin est la partie du système digestif qui s'étend de la sortie de l'estomac à l'anus. Chez les humains et la plupart des...) ou la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.), a pour résultat non pas une reconstitution graduelle, mais exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus généralement en mathématiques et dans ses domaines d'applications. Il existe...) des cellules mortes. Et cette croissance incontrôlée peut à terme causer une tumeur (Le terme tumeur (du latin tumere, enfler) désigne, en médecine, une augmentation de volume d'un tissu, clairement délimitée sans...)". D'où l'intérêt vital de comprendre les mécanismes moléculaires et les aspects physiques de la division cellulaire asymétrique.

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Source: UNIGE - Université de Genève