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Des biophysiciens ont mis en évidence un nouveau mécanisme permettant aux cellules de s'orienter selon leur environnement mécanique.
Les cellules vivantes sont sensibles à leur environnement mécanique. Celui-ci détermine par exemple leur vitesse de migration, ou la différenciation des cellules souches. À la base de ces mécanismes de "mécanotransduction", les cellules adoptent leur forme et leur architecture interne aux propriétés physiques de leur micro-environnement. Cependant le lien existant entre l'établissement de ces forces, la régulation des formes cellulaires et l'organisation interne de la cellule reste à élucider. Des biophysiciens du Laboratoire Interdisciplinaire de Physique - LIPhy (CNRS/UJF Grenoble) viennent de mettre en évidence la sensibilité des cellules à la forme des motifs géométriques adhésifs sur lesquelles ils les avaient placées. Les propriétés adhésives du substrat provoquent une orientation des fibres à l'intérieur de la cellule. Ces dernières génèrent ainsi des forces orientées qui provoquent un pincement unidirectionnel. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.
Pour ce travail, les biophysiciens ont utilisé comme cellules individuelles des fibroblastes de souris. Ces cellules, encore appelées cellules de soutien, ne peuvent vivre que lorsqu'elles ont adhéré sur une surface. Les chercheurs les ont déposées sur des substrats mous de polyacrylamide (non adhésif) présentant des motifs adhésifs de taille comparables à celle des cellules, soit quelques dizaines de micromètres, et de formes diverses, tels qu'un H, ou un U. Ils ont alors constaté qu'en adhérant sur ces motifs, les cellules adoptent une forme quasiment carrée, en recouvrant ainsi toute la surface adhésive qui leur est offerte et en formant des ponts au-dessus des parties non adhésives.
Fibrobaste de souris déposé sur un motif adhésif micro-patterné en forme de flèche. En blanc les filaments du cytosquelette d'actine, en vert le motif adhésif de fibronectine (protéine de la matrice extra-cellulaire), en rouge le champ de force développé par la cellule. Taille de la cellule 30 micromètres. © Martial Balland
En mesurant le déplacement de particules fluorescentes incluses dans le substrat, les physiciens ont alors déterminé sa déformation et en ont déduit les forces de traction exercées localement par les cellules. Ils ont constaté une traction plus importante dans les angles du motif. On constate alors un pincement local de la cellule aux extrémités du motif. De manière plus surprenante et intéressante, les chercheurs ont aussi observé un effet global d'orientation du réseau de fibres d'actine présent dans l'ensemble de la cellule selon un axe de symétrie du motif. Ils ont ainsi mis en évidence un nouveau mécanisme d'orientation des cellules reposant non pas sur des signaux magnétiques ou chimiques, mais sur la géométrie du substrat sur lequel elles reposent.
Pour plus d'information voir: Cell dipole behaviour revealed by ECM sub-cellular geometry
K. Mandal, I. Wang, E. Vitiello, L. A. Chacon Orellana et M. Balland Nature Communications (2014)