Faire de la symétrie avec de l'asymétrique
Publié par Adrien le 28/11/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
Les épithéliums multiciliés jouent un rôle important, notamment dans la fonction respiratoire. Des chercheurs ontmis en évidence des mécanismes permettant de contrôler la direction du battement ciliaire dans un épithélium de ce type. En utilisant un modèle invertébré, la planaire (Les planaires sont des vers plats libres nageurs ou rampants. Des espèces vivent en mer, d'autres en eau douce, jusque dans les sols très humides.), ils ont identifié deux voies de signalisation conservées qui coopèrent d'une façon inédite pour polariser le battement (En acoustique, le battement est une interférence entre deux sons de fréquences légèrement différentes, laissant percevoir...) ciliaire. Ces travaux, qui ont donné lieu à deux publications dans la revue Developmental Cell, permettent d'identifier des nouveaux acteurs dans la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait...) des épithéliums multiciliés, et de comprendre comment les animaux peuvent générer une symétrie bilatérale à partir de molécules ou de structures asymétriques.


© Juliette Azimzadeh
Identification de nouveaux mécanismes de polarisation des épithéliums multiciliés.
A) Effet de l'inactivation de composants conservés des centrioles, à partir desquels sont formés et polarisés les cils, sur la locomotion des planaires. Les pointillés noirs indiquent 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...) théorique et les pointillés blancs le déplacement observé. Ces phénotypes révèlent une chiralité (La chiralité (du grec ch[e]ir~ - main~) est une importante propriété d'asymétrie dans diverses branches de la science. Un objet ou un système est appelé chiral s'il diffère de...) cryptique du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) de centrioles médiée par les protéines VFL1, VFL3 et ODF2.
B) Analyse 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) ;) du battement ciliaire chez les animaux contrôles ou déficients en VFL1, VFL3 et ODF2. Les flèches noires indiquent les valeurs moyennes de la direction du battement ciliaire pour différentes régions de l'épiderme. Ces régions sont colorées en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) quand le battement est orienté vers la droite et 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...) quand il orienté vers la gauche.
C) Schémas montrant l'effet des voies Fat/Dachsous et Wnt/PCP sur la polarisation des cils, et l'organisation (Une organisation est) du cytosquelette des cellules multiciliées via les protéines centriolaires VFL1, VFL3 et ODF2. La symétrie bilatérale observée chez les animaux contrôles est obtenue par l'action de ces voies sur un réseau chiral de centrioles.

Les cellules multiciliées forment jusqu'à plusieurs centaines de cils motiles qui battent de manière coordonnée pour générer un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) ou déplacer des particules et des cellules. Chez l'humain, les cellules multiciliées sont en particulier nécessaires à la clairance respiratoire, un mécanisme qui permet de renouveler la barrière protectrice de mucus qui protège les poumons contre les pathogènes et les poussières. Des perturbations de la fonction de ces cellules causées par certaines mutations génétiques peuvent ainsi être à l'origine de pathologies respiratoires sévères.

En dehors des vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa version moderne exclut les myxines, est considéré comme monophylétique. Il appartient à l'embranchement...), les cellules multiciliées servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à la locomotion de diverses espèces animales comme les planaires, des vers plats connus pour leur extraordinaire capacités de régénération. Ces animaux servent aussi de modèles d'étude pour comprendre la fonction des épithéliums multiciliés. Pour remplir leur rôle, les cils 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 abusivement confondu avec sa mesure, sa...) de ces épithéliums doivent battre de façon coordonnée et dans la bonne direction. Dans le cadre d'une collaboration internationale, des chercheurs ont montré que chez la planaire, le battement ciliaire est dirigé vers la partie postérieure de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit...) mais aussi vers les côtés, et ce d'autant plus que les cils sont proches des bords. Cette organisation génère un motif symétrique de part et d'autre de la ligne médiane (Le terme de médiane, du latin medius, qui est au milieu, possède plusieurs acceptations en mathématiques :), qui est obtenu via l'action conjointe de deux voies de signalisation conservées chez les animaux, les voies Wnt/PCP et Fat/Dachsous.

De façon inattendue, la symétrie bilatérale observée dans l'épiderme des planaires est générée à partir de réseaux de cytosquelette qui présentent une asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes violonistes en sont des exemples spectaculaires.) chirale (un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini...) est dit chiral s'il n'est pas superposable à son image dans un miroir), propriété qui dérive de la chiralité intrinsèque des centrioles. La voie Fat/Dachsous, qui contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) la polarisation médio-latérale des centrioles et des cils, agit donc via un mécanisme partiellement différent dans les moitiés droite et gauche du corps pour compenser l'asymétrie du réseau de cytosquelette et former un motif symétrique.

Ce travail permet de mieux comprendre comment les animaux dits Bilatériens, dont nous faisons partie, peuvent générer un plan d'organisation symétrique à partir d'éléments constitutifs chiraux, éléments qui sont très répandus dans le vivant. Il permet par ailleurs d'identifier de nouveaux acteurs moléculaires conservés nécessaires à la polarisation des épithéliums multiciliés.

Pour en savoir plus:

Dynamic Polarization of the Multiciliated Planarian Epidermis between Body Plan Landmarks.
Vu HT, Mansour S, Kücken M, Blasse C, Basquin C, Azimzadeh J, Myers EW, Brusch L, Rink JC.
Dev Cell. 2019 Nov 18;51(4):526-542.e6.
doi: 10.1016/j.devcel.2019.10.022

Emergence of a Bilaterally Symmetric Pattern from Chiral Components in the Planarian Epidermis.
Basquin C, Ershov D, Gaudin N, Vu HT, Louis B, Papon JF, Orfila AM, Mansour S, Rink JC, Azimzadeh J.
Dev Cell. 2019 Nov 18;51(4):516-525.e5.
doi: 10.1016/j.devcel.2019.10.021.
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