Division cellulaire, le Top "modèle" des cellules

Publié par Michel le 30/05/2007 à 00:00
Source: CNRS
Illustration: © Manuel Théry/Institut Curie
La division est une étape clé de la vie des cellules qui met en jeu un très grand nombre d'acteurs moléculaires et une dynamique complexe. En collaborant, les biologistes du CNRS à l'Institut Curie et les physiciens théoriciens du Max Planck en Allemagne, ont développé un modèle théorique 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...) cellulaire d'une grande valeur prédictive. Le recours aux micro-technologies permet d'étudier individuellement la division de cellules en fonction des variations de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...).

A partir de leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) sur un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de cellules, les chercheurs décrivent un modèle théorique prédictif de 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) ;) de la division cellulaire. Ce modèle, basé sur le calcul des forces qui s'exercent sur le fuseau mitotique à l'intérieur de la cellule et décrit dans la revue Nature du 24 mai 2007, rend compte du bon déroulement ou du dysfonctionnement de la division d'une cellule. Par ailleurs, ce modèle a permis de montrer que certaines configurations du microenvironnement sont capables d'induire la division asymétrique des cellules. Appliqué à des tissus, il permettra d'affiner le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“...) en décrivant les dérèglements des divisions des cellules pathologiques.


En utilisant différentes formes de “ micro pochoirs ” (en rouge),
les chercheurs observent comment s'oriente la division cellulaire
(ligne en dessous avec en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une...), les chromosomes
et en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur,...), les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) de rétraction qui maintiennent la connexion
entre le corps cellulaire et le "micro-pochoir").
Ils constatent que la cellule répond de manière adaptée à son environnement.
En multipliant les mesures sur l'orientation de la division cellulaire,
ils ont ainsi pu proposer un modèle mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) de positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au...) du fuseau mitotique,
structure cellulaire éphémère présente uniquement au moment de la division cellulaire.

La division est une étape essentielle de la vie (La vie est le nom donné :) de toute cellule: elle participe à la croissance de l'organisme, à la réparation de plaies ou d'infections et au renouvellement régulier des cellules. 250 000 millions de cellules sont en cours de division dans notre organisme à chaque instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.). Chacune d'elle, dès sa formation, a une place bien déterminée. Ce positionnement très précis est indispensable pour maintenir la forme de nos tissus et de nos organes. Ce sont les contraintes induites par les autres cellules, l'environnement, qui influencent la division et le positionnement des cellules filles.

Manuel Théry dans l'équipe CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) de Michel Bornens a développé une approche originale qu'il poursuit actuellement au Commissariat à l'Energie Atomique de Grenoble, pour étudier l'influence de l'espace et de ses contraintes sur la division des cellules et plus précisément d'une seule cellule: des "micro-pochoirs" qui imposent un même contour à la cellule tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en lui fournissant des zones d'adhésions différentes, comme si elle était entourée d'autres cellules. Cette micro-technologie permet de moduler l'environnement de la cellule et d'observer sa réponse. Les contraintes imposées reproduisent les informations spatiales qu'une cellule est susceptible de "sentir" au sein d'un tissu.

La collaboration entre l'équipe CNRS de Michel Bornens à 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 oncologie et...), et celle de physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.) de Frank Jülicher, directeur du Max Planck (Max Planck (né Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 à Kiel, Allemagne - 4 octobre 1947 à Göttingen, Allemagne) est un physicien allemand. Il est lauréat du prix Nobel de physique de...) Institute for the Physics of Complex Systems à Dresde en Allemagne, a abouti, grâce à cette micro-technologie, à une modélisation de la division cellulaire. Les mesures des orientations de milliers de divisions cellulaires leur ont permis de proposer un modèle mécanique de positionnement du fuseau mitotique, structure cellulaire éphémère présente uniquement au moment de la division cellulaire, basé sur l'activation (Activation peut faire référence à :) de molécules "moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire])" à 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 la cellule. Les moteurs, localisés au niveau des points de contact de la cellule avec son micro-environnement, tirent sur les microtubules astraux et orientent le fuseau. Ce mécanisme permet aux cellules d'accorder la position du plan de division avec la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et,...) de leur environnement.

Les chercheurs montrent également que certaines configurations spatiales du microenvironnement cellulaire induisent des orientations asymétriques du fuseau. La division des cellules de façon symétrique ou non est primordiale dans le destin des cellules filles qui en sont issues. Ces résultats pourraient donc avoir des applications intéressantes dans le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des divisions symétriques ou asymétriques des cellules souches 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 cellule. Un exemple est la fécondation in vitro (FIV)....).

Seul le recours aux micro-technologies comme les "micro-pochoirs" permet d'étudier la "sensibilité" individuelle d'une grande 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...) de cellules pour en tirer des lois pouvant prédire la distribution des orientations de la division sans connaître le détail des mécanismes moléculaires impliqués. Ces lois sont opérationnelles dans un embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) ou un organisme qui se renouvelle. On peut donc espérer obtenir à terme une description de la mécanique en jeu pendant le développement. Cette mécanique pourrait être non seulement une conséquence mais un régulateur actif de la génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) mise en œuvre dans la croissance des tissus.

Il est donc désormais possible de mesurer la capacité d'une cellule à répondre à son environnement de façon quantifiée et précise mais aussi de repérer les cellules qui ont un comportement "anormal", comme les cellules cancéreuses. Ce modèle, lorsqu'il sera exploitable au niveau des tissus, pourra permettre aux médecins d'affiner le diagnostic en les renseignant sur les dérèglements de la division dans les cellules pathologiques.

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