Un nouveau modèle de la mécanique des cellules

Publié par Redbran le 27/11/2020 à 13:00
Source: CEA IRIG

Les forces mécaniques produites par les cellules dans l'organisme jouent un rôle fondamental sur le fonctionnement des organes. Ces forces influencent la forme, le déplacement, les divisions et la différenciation des cellules. De plus, elles mettent les tissus sous tension (La tension est une force d'extension.) et contrôlent ainsi leur forme et leur croissance.

Au niveau microscopique, chaque cellule présente une charpente interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...), le cytosquelette, constituée de protéines spécialisées qui assurent la génération et la transmission des forces cellulaires à leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). Parmi ces protéines, l'actine forme des filaments qui sont déplacés sous l'action de moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) moléculaires appelés myosines, générant ainsi des câbles contractiles s'apparentant à des ressorts élastiques étirés entre deux points d'ancrage. Bien que ces structures soient largement reconnues comme participant à la production de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) à l'échelle moléculaire, le mécanisme par lequel les forces sont générées et réparties à l'échelle de la cellule demeure quant à lui inconnu.

Afin de caractériser la production de forces dans ces câbles contractiles, des chercheurs de l'Irig ont procédé à leur coupure en réalisant une incision précise à l'aide d'un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) (Figure 1).


Figure 1: Illustration montrant la coupure d'une fibre de stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général...) dans une cellule épithéliale de rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une...) (en blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) dans l'image du haut) grâce à un laser (représenté en orange au-dessus de la fibre). L'image du bas représente les forces développées par cette cellule sur son support.

Cette manoeuvre a permis d'obtenir un résultat inattendu: la force cellulaire totale s'en trouvait à peine affectée, montrant ainsi que d'autres structures du cytosquelette étaient à l'oeuvre pour produire et transmettre les forces au niveau de la cellule. Le faisceau laser a alors été utilisé pour générer des coupures au sein du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) d'actine qui tapisse la membrane cellulaire, réseau jusqu'alors considéré comme passif. En modélisant ensuite la contribution de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du réseau d'actine par des paramètres physiques, les chercheurs ont compris que c'est l'ensemble du réseau d'actine sub-membranaire qui produisait des forces et pas seulement les fibres de stress. En utilisant plusieurs techniques complémentaires permettant d'améliorer la résolution des images du cytosquelette, les chercheurs ont aussi découvert que les fibres de stress, loin d'être des structures isolées, étaient en réalité complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) enchevêtrées dans le réseau membranaire. Enfin, les chercheurs se sont intéressés à la formation des fibres de stress en réalisant des vidéos (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la...) et ont ainsi mis en évidence qu'elles avaient une origine inattendue: la contraction et l'alignement des fibres le long de la membrane, expliquant ainsi leur incrustation dans ce réseau.

Ce travail a ainsi permis aux chercheurs de proposer un nouveau modèle d'assemblage des fibres de stress, selon lequel les points d'ancrage des cellules à leur environnement extérieur dirigent la tension dans le réseau qui tapisse la membrane, ce qui aligne et concentre les filaments, et induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) la formation des fibres de stress (Figure 2). Cette étude a par ailleurs permis de révéler l'existence d'une intégrité mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) au sein de la cellule qui, bien que composée de multitudes de petits filaments, se comporte comme un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) unique entièrement connecté.


Figure 2: Illustration de fibres de stress incrustées dans un réseau membranaire d'actine.
Image du réseau d'actine d'une cellule gliale (cellule du système nerveux) réalisée en super-résolution montrant l'enchevêtrement des grosses fibres de stress avec le réseau d'actine membranaire environnant (image de droite = zoom de l'image de gauche).

Références:
Vignaud T, Copos C, Leterrier C, Toro-Nahuelpan M, Tseng Q, Mahamid J, Blanchoin L, Mogilner A, Théry M and Kurzawa L
Stress fibres are embedded in a contractile cortical network.
Nature Materials, 2020.
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