Pour la taille d'une cellule, c'est la rigidité de l'enveloppe qui compte
Publié par Adrien le 28/06/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
La taille des cellules varie énormément entre espèces et joue un rôle clé pour le fonctionnement des cellules et des tissus. En développant de nouvelles méthodes permettant de sonder la rigidité de la surface des cellules, des chercheurs ont démontré que la taille d'une cellule est intrinsèquement liée à la rigidité de l'enveloppe entourant les cellules. Cette relation permet d'assurer la survie cellulaire en limitant les déformations et en prévenant les déchirures de l'enveloppe. Ces résultats sont publiés dans la revue PNAS.


Figure: Lien entre taille cellulaire et rigidité de la paroi.
A: Comment la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les...) locale d'une cellule dépend-t-elle des paramètres mécaniques de la paroi, comme l'épaisseur et la rigidité ?
B: Méthode de super-résolution optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) permettant de mesurer l'épaisseur locale de la paroi. La carte d'épaisseur est représentée en bas avec un code couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) (rouge plus épais et 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 luminosité du cyan à une teinte plus sombre comme...) plus mince).
C: Le dégonflement d'une cellule, après qu'elle ait été percée avec un rayon laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...), permet de calculer la rigidité locale de la paroi.
D et E: Corrélation entre rayon de la cellule et rigidité de la paroi (calculé comme le produit de l'épaisseur et de l'élasticité) pour une série de mutants de levure (Une levure est un champignon unicellulaire apte à provoquer la fermentation des matières organiques animales ou végétales. Les levures sont employées pour la fabrication du...) à fission S. pombe ayant des tailles différentes (D) et chez des espèces cousines de S. pombe ayant des tailles différentes (E).
© Valeria Davì & Nicolas Minc.

L'un des grands challenges de la morphogénèse est de comprendre comment la taille et la forme d'une cellule sont contrôlées par le fonctionnement biochimique et biomécanique de la cellule. Les cellules à paroi - bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries...), champignons, algues et plantes - sont entourées par une enveloppe fine et rigide composée de chaînes de sucres réticulés, appelée paroi cellulaire. La paroi protège les cellules et joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à...) un rôle essentiel dans leur forme et leur croissance, représentant ainsi une cible primordiale des antibiotiques et antifongiques. Comment la paroi permet-elle l'existence de cellules aux tailles variées, allant des bactéries micrométriques jusqu'aux cellules dépassant le centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) chez les algues géantes ?

Dans cette étude, les chercheurs utilisent les ressources génétiques disponibles chez la levure à fission S. pombe et des espèces voisines pour mesurer systématiquement les propriétés élastiques (la rigidité) de la paroi dans une batterie de mutants ayant des tailles variées. Ces mesures ont été permises par le développement d'une nouvelle approche de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre...) optique permettant de cartographier l'épaisseur de la paroi avec une résolution de quelques nanomètres, largement inférieure à la résolution ordinaire d'un microscope optique, couplée à une observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) du dégonflement de cellules après les avoir percées avec un rayon laser. Cette approche donne pour la première fois accès aux propriétés élastiques locales de la paroi dans un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de cellules.

Les chercheurs ont découvert que, dans un grand nombre de conditions expérimentales, chez diverses espèces de levures et chez des levures mutantes, la taille des cellules augmente avec la rigidité de la paroi. Cette rigidification permet de limiter les déformations de la paroi et d'éviter qu'elle se déchire, ce qui est essentiel pour la survie des cellules.

Pour en savoir plus

Systematic mapping of cell wall mechanics in the regulation of cell morphogenesis.
Davì V, Chevalier L, Guo H, Tanimoto H, Barrett K, Couturier E, Boudaoud A, Minc N.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Jun 24. pii: 201820455. doi: 10.1073/pnas.1820455116. [Epub ahead of print]
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