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Posté par Isabelle le Dimanche 15/10/2017 à 12:00
Comment les cellules embryonnaires se déforment sans trop se forcer
Lors de la formation d'un embryon, les cellules exercent des forces d'une durée d'action d'une ou quelques minutes sur leurs voisines en contractant leur squelette interne, ou cytosquelette. Comment les déformations cellulaires sont-elles maintenues, bien après la disparition des forces contractiles ? Pourquoi les cellules ne reviennent-elles pas vers leur état initial, comme le ferait un matériau élastique ? Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences...) du développement de Marseille montrent que les cellules de l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la...) de drosophile « oublient » graduellement leur état de référence en une minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la...) environ. Ce processus dit de « dissipation » repose sur le renouvellement continu du cytosquelette, et permet infine à des forces transitoires de générer des déformations permanentes lors de la morphogenèse embryonnaire. Cette étude a été publiée le 5 octobre 2017 dans la revue Current Biology.


Figure: Déformation viscoélastique des contacts cellulaires. (A) Les contacts cellulaires se contractent par paliers sous l'effet du recrutement cyclique de Myosine, qui tire sur le squelette d'Actine. (B) Déformations théoriques d'un matériau élastique (rouge), fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des...) (jaune), ou viscoélastique (orange) en réponse à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) contractile cyclique (cyan). Les déformations sont complètement réversibles pour un matériau élastique, et complètement irréversibles pour un matériau fluide. (C) Déformation observée (noir) et déformation théorique viscoélastique (orange) en réponse au recrutement cyclique de Myosine (cyan). (D) Irréversibilité des déformations pour des embryons contrôles (bleu) et dans des embryons traités à la Cytochalasine D (rose), qui ralentit le renouvellement du cytosquelette d'Actine. Les déformations sont plus réversibles dans les embryons traités, ce qui suggère que le renouvellement de l'Actine contribue à la dissipation.
© R. Clément, B. Dehapiot, C. Collinet, T. Lecuit, P.-F Lenne

La morphogenèse repose sur un panel (Le panel est un groupe de personnes interrogées régulièrement sur leurs opinions ou leurs attitudes. Les personnes peuvent participer aux enquêtes par courrier, téléphone ou, de plus en plus...) de comportements cellulaires, tels que 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...), l'apoptose, ou la capacité des cellules à exercer des forces sur leurs voisines. Ces forces sont générées par des contractions du squelette cellulaire, le cytosquelette, grâce à l'activité de moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) moléculaires de Myosine tirant directement sur l'ossature principale du squelette, les filaments d'Actine. Ces forces cellulaires, temporellement ou spatialement coordonnées, peuvent remodeler des tissus entiers. Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...), la formation d'un embryon est un phénomène éminemment physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...), puisque la déformation des cellules et tissus requiert la génération de forces en adéquation avec les propriétés mécaniques des cellules.

Une question fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) est celle de la réversibilité des déformations lors de la morphogenèse: Pourquoi, après que les forces contractiles générées par l'activité de la Myosine ont disparu, les cellules ne reviennent-elles pas « en arrière », vers un état de référence, comme le ferait un matériau élastique ?

Les chercheurs ont utilisé l'embryon de drosophile comme système modèle pour explorer cette question. Pendant l'embryogenèse de la drosophile, les contacts cellulaires alignés avec l'axe dorso-ventral activent la Myosine de façon pulsatile, permettant leur contraction par paliers, ce qui a pour effet d'allonger le tissu dans l'autre direction (antéro-postérieure). En analysant conjointement l'activité de la Myosine, responsable de la force contractile, et la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de contraction des contacts cellulaires, ils ont mis en évidence que les impulsions les plus courtes génèrent des déformations plus réversibles que les impulsions les plus longues. Ils ont par ailleurs analysé la réponse des contacts cellulaires à des forces extrinsèques exercées plus ou moins longtemps par l'application de « pinces optiques » utilisant des lasers focalisés à proximité des contacts, et observé le même comportement.

Ces résultats suggèrent un mécanisme de dissipation, c'est-à-dire d'oubli graduel de l'état de référence, sur un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) caractéristique d'environ une minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur...). En d'autres termes, pour des sollicitations mécaniques de petite durée, inférieures à la minute, les contacts cellulaires se comportent comme un matériau élastique, et les déformations sont essentiellement réversibles, conférant aux cellules une certaine robustesse face aux possibles perturbations mécaniques ambiantes. A contrario, pour des sollicitations de durée supérieure à la minute, ceux-ci se comportent comme un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), et les déformations sont essentiellement irréversibles, ce qui permet à plus long terme aux contacts cellulaires de se déformer sans revenir systématiquement en arrière lorsque les forces contractiles disparaissent.

Des expériences complémentaires suggèrent finalement que le renouvellement continu des filaments d'Actine qui constituent le cytosquelette et sont en permanence assemblés et désassemblés, contribue largement à la dissipation. En effet, le renouvellement de la structure mécanique du cytosquelette permet son adaptation active aux changements de forme cellulaire survenant pendant le développement.

Ce travail porte un éclairage nouveau sur les mécanismes de stabilisation des déformations lors de la formation des embryons, en soulignant le rôle crucial de la dissipation par renouvellement du cytosquelette.

Référence publication:
Viscoelastic dissipation stabilizes cell shape changes during tissue morphogenesis.
Raphaël Clément, Benoît Dehapiot, Claudio Collinet, Thomas Lecuit, Pierre-François Lenne
Current Biology. Published: October 5, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.09.005

Contacts chercheurs:
Raphaël Clément
Institut de Biologie du Développement de Marseille
CNRS UMR 7288 - Aix (AIX est le système d'exploitation de type UNIX d'IBM. AIX est l'acronyme de Advanced Interactive eXecutive, mais seul l'acronyme est utilisé.) Marseille Université

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Source: CNRS-INSB