Quand le chaos génère de l'ordre entre les cellules

Publié par Adrien le 08/10/2021 à 09:00
Source: CNRS INSB
Au cours du développement embryonnaire, une cellule unique va donner naissance à des centaines de milliers de cellules spécialisées et organisées en tissus et organes fonctionnels. En s'intéressant aux cellules souches localisées dans la queue de l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est...) de caille (Les cailles sont de petits oiseaux migrateurs (15 cm de longueur environ) de la sous-famille...), les scientifiques ont découvert que ces progéniteurs présentent des différences majeures d'expression de protéines clés impliquées dans leur choix de destin cellulaire. Leurs résultats expérimentaux et leurs modélisations mathématiques indiquent que ce "désordre" entre cellules voisines est nécessaire pour réguler les déplacements cellulaires et la formation ordonnée des tissus. Ces travaux sont publiés dans la revue eLife.


Les cellules souches de la zone progénitrice des embryons d'oiseaux expriment des niveaux hétérogènes de Sox2 et Bra et migrent de façon non-directionnelle.
(A) Les cellules transfectées exprimant la GFP (marquage vert) localisées dans la zone progénitrice (ZP, carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...) jaune) se maintiennent, ou migrent dans le mésoderme paraxial (rectangles rouges) ou dans le tube neural (rectangle vert).
(B) Immunomarquage pour Sox2 (vert) et Bra (Rouge) montrant l'hétérogénéité d'expression de ces protéines entre cellules voisines dans la ZP.
(C) Trajectoires et distribution d'angles de migration entre progéniteurs de la ZP montrant que ces cellules migrent sans direction particulière.
(D) Equations de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) et modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils,...) permettant de montrer l'effet d'une distribution spatiale hétérogène guidant la motilité cellulaire sur la morphogenèse embryonnaire.

Lors du développement embryonnaire, la transformation d'une cellule unique en centaines de milliers de cellules formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) des organes fonctionnels est un phénomène fascinant. Pour parvenir à cette organisation (Une organisation est) complexe, les cellules embryonnaires se divisent, migrent, se réorganisent en tissus et se spécialisent en une multitude de types cellulaires.

Pendant que le corps de l'embryon prend forme, apparaissent des territoires précis dans lesquels des cellules souches spécialisées produisent les différents types cellulaires. Dans la queue des embryons de vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa...), il existe une zone progénitrice (ZP) contenant des cellules souches capables de donner naissance à la fois aux cellules musculaires et osseuses (destin mésodermique), mais aussi au futur système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des...) (destin neural). Pendant que l'embryon s'allonge de la tête à la queue, ces cellules souches s'auto-renouvellent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en produisant continuellement les cellules spécialisées qui vont constituer l'ébauche du corps de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un...).

Dans ce travail, les chercheurs ont découvert que les progéniteurs de la ZP des oiseaux présentent des niveaux d'expression très différents (apparemment stochastiques) des protéines Sox2 et Brachyury (Bra), deux facteurs de transcription impliqués respectivement dans la spécification neurale et mésodermique. De plus, ils ont décrit que ces cellules migrent sans direction particulière, en changeant très souvent de voisines.

Leurs expériences ont également révélé que Sox2 inhibe la migration des progéniteurs, favorisant ainsi leur intégration dans le tissu neural, alors que Bra favorise leur dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...), les poussant latéralement à rejoindre le mésoderme. Quelle pourrait donc être l'importance de l'apparent chaos cellulaire régnant dans la ZP ? Pour répondre à cette question, les scientifiques ont établi plusieurs modèles mathématiques et ont découvert que l'hétérogénéité spatiale favorise les réarrangements entre cellules et qu'elle est importante pour maintenir la forme de la ZP durant le développement.

Ce travail interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) impliquant la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) du développement, l'analyse d'image et les mathématiques suggère que l'hétérogénéité d'expression protéique entre cellules voisines représente une des propriétés d'auto-organisation (L'auto-organisation est un phénomène de mise en ordre croissant, et allant en sens inverse de...) des cellules embryonnaires. Les progéniteurs voisins expriment des niveaux variables de facteurs de transcription qui régulent leurs déplacements individuels. La chorégraphie cellulaire qui en résulte contribue à ségréger certains progéniteurs dans leurs tissus de destination tout en maintenant d'autres dans leur niche. Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) pourraient avoir des implications dans différents domaines et notamment l'étude des mécanismes du cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement...), où les variations d'identité cellulaire et de propriétés migratoires sont souvent associés à un pronostic défavorable.

Pour en savoir plus:
Cell-to-cell heterogeneity in Sox2 and Bra expression guides progenitor motility and destiny.
Michèle Romanos, Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm,...) Allio, Myriam Roussigné, Léa Combres, Nathalie Escalas, Cathy Soula, Francois Médevielle, Ben Steventon, Ariane Trescases, Bertrand Bénazéraf.
eLife 5 octobre 2021. DOI: 10.7554/eLife.66588

laboratoire:
Centre de biologie intégrative (CBI) de Toulouse, Unité de biologie moléculaire (La biologie moléculaire (parfois abrégée bio mol ou BM) est une discipline...), cellulaire et du développement (MCD) - (CNRS/Université Paul Sabatier)
118 route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...) de Narbonne.
31062 Toulouse Cedex 9.
Institut de mathématiques de Toulouse (IMT), UMR 5219, Université de Toulouse (Cette page est consacrée au PRES Université de Toulouse. Pour les pages sur les...), CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), 31062 Toulouse Cedex 9.
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