Les cellules se relaxent pour orienter leur division

Publié par Adrien le 20/11/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
Un travail sur un invertébré marin publié dans la revue Developmental Cell révèle un assouplissement des cellules embryonnaires avant de se diviser. C'est un résultat surprenant puisque les cellules animales entrant en division sont habituellement rigides. Avec des approches couplant biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les outils d'observations des phénomènes physiques sont appliqués aux molécules d'intérêt biologique.) et simulations numériques, les chercheurs ont démontré un rôle de cette relaxation cellulaire dans l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) des divisions. Un mécanisme simple et robuste qui pourrait exister chez d'autres espèces.

Lorsqu'une cellule animale se prépare à se diviser, elle entre dans une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) du cycle cellulaire spécifique appelée mitose, où elle opère généralement un changement morphologique drastique pour devenir arrondie. Des études réalisées sur des cellules isolées en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) ont démontré que cet arrondissement mitotique est réalisé par une augmentation de la rigidité cellulaire. Ces résultats ont été extrapolés aux contextes multicellulaires in vivo, où la cellule en mitose devenue rigide résiste aux perturbations mécaniques externes qui pourraient perturber ce processus fondamental.


Figure: Les cellules mitotiques se déforment selon les forces externes.
Images en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à l'œil...) fluorescente d'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de l’œuf ou zygote jusqu’au stade...) de Phallusia mammillata avec les cellules marquées en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise...) et les centrosomes (indiquant l'orientation de la prochaine division) en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :).
A) Les deux pôles de l'embryon sont asynchrones générant des forces inégales dans l'embryon. Les cellules mitotiques (entourées en rouge) sont étirées par les cellules non-mitotiques (entourées en vert).
B) Les deux pôles de l'embryon sont synchrones, les forces sont égales dans l'embryon. Toutes les cellules sont en mitose (entourées en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et vert) et ne présentent pas de déformation vers un pôle de l'embryon.
Barre d'échelle: 20 µm
© Benoit Godard & Alex McDougall

Un récent travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) a utilisé l'ascidie Phallusia mammillata comme organisme modèle dans le but d'étudier le mécanisme d'arrondissement mitotique dans un 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...) multicellulaire in vivo. L'embryon de cet invertébré marin possédait deux qualités importantes pour ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...): il se développe avec un petit nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de cellules et présente un décalage dans le timing du cycle cellulaire entre les deux pôles de l'embryon.

Les chercheurs ont directement mesuré la rigidité des cellules et ont observé que celles-ci s'assouplissent systématiquement lorsqu'elles entrent en mitose. Ce processus est même profondément inscrit dans ces cellules, puisqu'elles le font aussi lorsqu'elles sont isolées de leurs voisines. Cet assouplissement est accompli par la réduction de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) d'un 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 à partir d'une énergie (éolienne, chimique,...) moléculaire, la 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 général, on parle de protéine lorsque la...) myosine, la même qui permet la contraction de nos fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) musculaires.

Quelle peut être la fonction de cet assouplissement cellulaire en mitose ? Pour répondre à cette question, les chercheurs ont dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) combiné l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de simulations numériques et d'expériences biophysiques pour montrer que les cellules mitotiques d'un pôle de l'embryon sont déformées par les cellules non-mitotiques situées à l'autre pôle, qui littéralement les étirent. Ensuite, la manipulation des forces présentes dans l'embryon par des techniques de micro-injection ou de micro-dissection ont prouvé que cette déformation des cellules mitotiques par les forces mécaniques éloignées contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) in fine l'orientation de 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.

L'orientation des divisions cellulaires par les forces mécaniques externes est un processus courant au sein d'embryons ou de tissus cellulaires. En revanche, les mécanismes connus jusqu'alors étaient très différents et plus complexes que celui découvert chez l'embryon d'ascidie qui apparaît plus simple et plus direct. D'ailleurs, certaines indications dans la littérature scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) suggèrent que ce mécanisme pourrait exister chez d'autres espèces, d'autant plus qu'il apparait comme étant extrêmement robuste. En effet, l'assouplissement des cellules mitotiques est ainsi à la base du patron de divisions cellulaires prédéterminées qui existent chez toutes les ascidies depuis plus de 400 millions d'années.

Pour en savoir plus:
Apical Relaxation during Mitotic Rounding Promotes Tension-Oriented Cell Division.
Godard BG, Dumollard R, Munro E, Chenevert J, Hébras C, McDougall A, Heisenberg CP.
Developmental Cell. 17 Nov 2020. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.10.016

Laboratoire:
Laboratoire 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 naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) du développement de Villefranche-sur-Mer (LBDV) - (Sorbonne Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...), CNRS)
Institut de la Mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) de Villefranche-sur-Mer.
181 Chemin du Lazaret, 06230, Villefranche-sur-Mer.
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