Comment se forment nos antennes cellulaires
Publié par Isabelle le 19/01/2019 à 14:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
Des chercheurs de l'UNIGE ont réussi à reconstituer in vitro l'armature du cil d'une cellule. Un pas de plus pour comprendre les nombreuses pathologies associées aux dysfonctionnements ciliaires, des malformations cérébrales aux maladies rénales ou hépatiques.


Modèle de l'armature du cil humain (à gauche), dont la coupe transversale montre les neufs doublets de microtubules (en bas à droite); le cadre en pointillé entoure un doublet. En haut à droite: modèle atomique de doublet formé in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme vivant ou de la...). © UNIGE

La plupart de nos cellules contiennent un cil primaire immobile, une antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.) servant notamment au transfert d'informations provenant du milieu environnant. Certaines cellules possèdent également de nombreux cils mobiles qui servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à générer un mouvement. Le 'squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la base de l'evolution des vertébrés. Celui ci leur a fourni un avantage sélectif conséquent suite au besoin d'un organisme...)' des cils est constitué de doublets de microtubules, des 'paires' de protéines essentielles à leur formation et à leurs fonctions. Des défauts d'assemblage ou de fonctionnement des cils peuvent en effet provoquer diverses pathologies appelées ciliopathies. Des scientifiques 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 (études supérieures). Aux États-Unis, au...) de Genève (UNIGE) ont développé un système in vitro capable de former des doublets de microtubules et ils ont mis en évidence leurs mécanisme et dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) d'assemblage. Leur étude, publiée dans la revue Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai...), révèle le rôle crucial de la tubuline, véritable brique de construction, dans la prévention (La prévention est une attitude et/ou l'ensemble de mesures à prendre pour éviter qu'une situation (sociale, environnementale, économique..) ne se dégrade, ou qu'un accident, une...) de la formation incontrôlée des structures ciliaires. Cette méthode permettra de découvrir et d'exploiter d'éventuelles différences entre les cils de cellules humaines et ceux de pathogènes pour la mise au point (Graphie) de nouveaux traitements.

Les cellules captent de nombreux signaux lumineux, mécanochimiques ou biologiques grâce à un cil primaire immobile. De nombreux cils mobiles, appelés flagelles, peuvent aussi être présents sur certaines cellules. Ceux-ci sont capables de produire un mouvement, tel que le 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 ...) d'un embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première...) de la trompe vers l'utérus (L'utérus est un organe participant aux fonctions reproductrices chez les mammifères dont la femme. C'est une poche dont l'intérieur très vascularisé, ouverte vers le col utérin...), l'évacuation du mucus dans les voies respiratoires, ou la nage du spermatozoïde (Un spermatozoïde est une cellule haploïde sexuelle (ou gamète) produite par l'appareil reproducteur mâle de l'espèce. Les spermatozoïdes ont été...). Des défauts d'assemblage ou de fonctionnement des cils peuvent engendrer des ciliopathies, un groupe de maladies incluant des malformations cérébrales, des troubles de la rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une mince membrane pluri-stratifiée d'environ 0,5 mm...) ou de la fertilité (Pour le sens commun, la fertilité désigne à la fin du XXe siècle la capacité des personnes, des animaux ou des plantes à produire une descendance...), des maladies rénales ou hépatiques, des infections respiratoires récurrentes et des anomalies squelettiques.

Monter un échafaudage dans un tube à essais

A la base du cil se trouvent deux centrioles, des organites formés de microtubules, qui sont des composants du cytosquelette. Le centriole est le point de départ de la construction du cil, qui sera constitué de neuf doublets de microtubules. "Le doublet est une structure essentielle à la formation et aux fonctions des cils, mais son assemblage était jusqu'à présent inconnu", explique Paul Guichard, professeur au Département 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...) cellulaire de la Faculté des sciences de l'UNIGE. Le groupe de Paul Guichard et de Virginie Hamel, coresponsable du laboratoire, a développé un système in vitro capable de former des doublets de microtubules. Les chercheurs ont également eu recours à des techniques de pointe de 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...) et de modélisation, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut Curie (L'Institut Curie est une fondation, dont les activités principales sont d'une part la compréhension des mécanismes de cancérogenèse avec un centre de recherche en biophysique, biologie cellulaire et...) d'Orsay en France, et 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 for Theoretical Physics est un tel institut.) de Biotechnologie (L’OCDE définit les biotechnologies comme "l’application de la science et de la technologie aux organismes vivants à d’autres matériaux vivants ou non vivants, pour la production de savoir,...) de Prague en République Tchèque.

Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), neuf microtubules se forment à partir du centriole grâce à l'assemblage de 'briques' de tubuline. C'est sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) de chaque microtubule que se formera ensuite son doublet. "Nous avons observé que la formation de ce doublet est régulé par la tubuline elle-même, car lorsque qu'une des extrémités de cette 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 chaîne...) est enlevée, cela provoque la formation du doublet à cet endroit. Cet effet empêche probablement la formation incontrôlée du doublet de microtubule ailleurs que dans le cil, assurant son fonctionnement optimal", détaille Virginie Hamel, coresponsable de l'étude. En filmant ce phénomène grâce à des microscopes de pointe, les chercheurs ont également montré pour la première fois que le deuxième microtubule s'assemble dans deux directions opposées par l'ajout de briques de tubuline.

Inhiber le déplacement des parasites

L'axe du cil ou du flagelle (Le flagelle est génériquement un organite assurant la mobilité d'une cellule. Les procaryotes et les eucaryotes ont développé ce type d'organelle sur des principes...) sert également de 'rail (Un rail (ou lisse en québécois) est une barre d’acier profilée. Deux files parallèles de rails mis bout à bout forment une voie ferrée. Ils reposent alors généralement sur...)' pour le déplacement de 'trains' de molécules d'un bout à l'autre de l'organite, propulsés par de véritables moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie...) moléculaires.

Ces transports (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre.) sont nécessaires pour l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) des fonctions de l'organite. "Nous entendons désormais découvrir s'il existe des différences dans l'assemblage et le fonctionnement des cils ou flagelles de certains parasites, tel que celui de la malaria, par rapport à leurs homologues humains. De telles différences pourraient ainsi devenir la cible de traitements qui n'affecteraient que les pathogènes", conclut Paul Guichard.

Contacts chercheurs:
- Paul Guichard - Professeur au Département de biologie cellulaire - Faculté des sciences
- Virginie Hamel - Collaboratrice 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 scientifiques.) au Département de biologie cellulaire - Faculté des sciences

Référence publication:
Cette 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 recherche scientifique désigne également...) est publiée dans Science
DOI: 10.1126/science.aav2567
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