Des pagaies moléculaires pour la nage des globules blancs

Publié par Adrien le 07/12/2020 à 09:00
Source: CNRS INP
De quelle façon les cellules se déplacent dans l'organisme est une question encore ouverte. Alors qu'il était généralement admis que les cellules immunitaires tels que les globules blancs avaient besoin pour se déplacer d'interactions avec un solide sous forme adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se...) ou de friction, les chercheurs et les chercheuses démontrent ici un mécanisme de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) versatile où des protéines jouent le rôle de pagaies et qui permet aux cellules aussi bien de nager en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) dans un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) que de ramper en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) avec un solide.

La capacité pour les globules blancs à se déplacer dans des environnements variés est cruciale pour une réponse efficace contre des pathogènes envahissant un organisme. Jusqu'à présent, il était largement admis que le déplacement de ces cellules, au contraire de cellules nageuses comme les amibes, requiert une interaction mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) par adhésion ou par friction avec un substrat solide. De plus, la nage des amibes et des cellules amiboïdes est généralement attribuée à des changements de forme cellulaire, soit une propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) par déformation.


(A) Schémas fonctionnels du modèle de propulsion par pagaies moléculaires. Le moteur interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) est le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) rétrograde ( On dit d'un objet du système solaire qu'il a un mouvement rétrograde s'il effectue une...) de cytosquelette d'actine (vert). La transmission de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) motrice est assurée par des pagaies moléculaires que sont les protéines transmembranaires liées à l'actine (orange). Le mouvement est maintenu par un recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui...) interne des pagaies moléculaires via le trafic vésiculaire intracellulaire (vue en section à droite). Les molécules membranaires non liés à l'actine (bleu) diffusent à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) et ne participent pas à la propulsion.

(B) Migration avec ou sans adhésion: globule blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) (lymphocyte T) migrant sur un substrat présentant des régions adhérentes en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) (couvertes de ligands d'intégrines ICAM-1), et des régions non-adhérentes en gris (couvertes de molécules anti-fouling PEG). La barre d'échelle représente 20 mm. Les cellules transitent spontanément entre des environnements adhérents où elles rampent et des environnements non-adhérents où elles nagent.

La séquence d'images combine plusieurs techniques de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...): les images de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que...) sont en niveaux de rouge (intense quand ICAM-1 est concentré), les images en champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) clair sont en niveaux de gris, et les images en contraste d'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type...) en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) (intense sur l'empreinte d'adhésion cellulaire).

En développant de nouvelles expériences pour décrypter le mouvement des cellules en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) liquide et en les confrontant à une modélisation originale qui prend en compte l'échelle moléculaire, des chercheurs et des chercheuses viennent d'apporter un éclairage très différent sur le mouvement des globules blancs au sein d'une collaboration entre le Laboratoire adhésion et inflammation (Une inflammation est une réaction de défense immunitaire stéréotypée du...) (LAI, CNRS/Aix-Marseille Univ./Inserm) à Marseille et le Laboratoire interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) (LIPhy, CNRS/Univ. Grenoble-Alpes) à Grenoble [1]. Ils montrent en effet d'une part que des globules blancs sont capables de nager efficacement en suspension liquide, donc sans aucune interaction avec un solide, et d'autre part que ce mouvement de nage se fait grâce à un système moléculaire dont le mouvement est semblable à celui de pagaies, sans que le changement de forme des cellules soit essentiel dans le déplacement. Ces résultats sont publiés dans la revue Biophysical Journal.

La membrane des cellules est sous-tendue par un "squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la...)" aussi appelé cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou...), formé de protéines, les actines, et sur lequel sont ancrées des protéines transmembranaires qui relient le cortex au milieu extérieur (figure A). Cette étude montre que la nage est assurée par ces protéines transmembranaires qui pointent leur tête au contact du liquide ambiant à l'extérieur des cellules. Elles assurent la motricité en agissant à la surface de la cellule comme des pagaies moléculaires pour la propulser vers l'avant. Le moteur interne du mouvement est le déplacement rétrograde du cortex d'actine qui se met alors en place. Ce flux rétrograde d'actine étant à sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) unique, il tend à accumuler toutes les "protéines-pagaies" à l'arrière de la cellule, et ce mécanisme seul conduirait à un arrêt des cellules après transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) de la dernière protéine-pagaie.

Les chercheurs et les chercheuses ont cependant montré que, une fois à l'arrière, ces protéines sont introduites à l'intérieur de la cellule (endocytose) puis transportées en sens inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) par trafic vésiculaire (c'est-à-dire au sein de capsules de lipide (Les lipides constituent la matière grasse des êtres vivants. Ce sont des molécules...) détachées de la membrane), pour réapparaitre en surface à l'avant des cellules (figure A). Elles peuvent alors reprendre leur rôle de pagaies et perpétuer ce mouvement directionnel des cellules.

Cette étude montre de plus que ce mode de propulsion par pagaies moléculaires est à l'oeuvre pour le déplacement des globules blancs non seulement dans un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) mais également en interaction avec un solide, et dans ce cas, avec ou sans mécanisme d'adhésion (figure B). Le couplage des pagaies moléculaires avec l'extérieur dépend du type d'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) mais la machinerie cellulaire assurant la propulsion est inchangée. La versatilité de cette propulsion par pagaies moléculaires n'exclue pas l'existence d'autres modes de propulsion mais elle remet en question la nécessité qu'il existe plusieurs modes pour que des cellules s'adaptent à des environnements variés.

[1] avec également la participation de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) du développement de Marseille (IBDM, CNRS/Aix-Marseille Univ.), de l'Institut Curie (L'Institut Curie est une fondation, dont les activités principales sont d'une part la...) (Inserm) et de l'Institut interdisciplinaire de neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et...) (IINS, CNRS/Univ. Bordeaux)

Référence:
Amoeboid swimming is propelled by molecular paddling in lymphocytes
L. Aoun, A. Farutin, N. Garcia-Seyda,P. Nègre, M. S. Rizvi , S. Tlili,S. Song, X. Luo,M. Biarnes-Pelicot, R. Galland,J.-B. Sibarita, A. Michelot, C. Hivroz, S. Rafai, M.-P. Valignat, C. Misbah*, O. Theodoly*, Biophysical Journal, le 15 septembre 2020.
DOI: 10.1016/j.bpj.2020.07.033
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