"Un pour tous": le comportement individuel des cellules régule leur mouvement collectif

Publié par Adrien le 09/05/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
La migration collective des cellules joue un rôle important dans un grand nombre de processus cellulaires comme la morphogénèse, la progression tumorale ou la cicatrisation. L'émergence de mouvements coordonnés à des échelles multicellulaires reste un processus mal compris. En étudiant la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de monocouches épithéliales dans des environnements confinés, les scientifiques ont prouvé que la migration collective peut résulter simplement du comportement de cellules individuelles au sein des assemblées cellulaires. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Physics.


(a) et (b) Mouvements de rotation de cellules MDCK confinées dans des anneaux recouverts de protéines de la matrice extra-cellulaire.
(c) Schéma montrant la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la...) des cellules individuelles.
© Shreyansh Jain

La migration collective des cellules est essentielle dans de nombreux processus et est impliquée dans des pathologies lorsqu'elle est dérégulée. Le développement embryonnaire ou encore les mécanismes de cicatrisation se font notamment par le mouvement coordonné de groupes cellulaires. La caractérisation des mouvements de cellules individuelles isolées a été largement étudiée. Elle fait apparaître bien souvent une polarité avant-arrière et des forces exercées par la cellule sur son substrat réparties en deux pôles équivalents à l'avant et à l'arrière de la cellule. Cependant, lorsque la migration implique plusieurs cellules, elle devient collective et les forces sont exercées non plus seulement au niveau du substrat mais aussi entre les cellules. Ces couplages avec les cellules voisines rendent la compréhension des mécanismes sous-jacents plus difficile à appréhender.

Dans le cadre d'une collaboration internationale avec les universités de Cambridge et de Singapour, les scientifiques ont pu montrer que les mouvements collectifs d'assemblées cellulaires cultivées in vitro peuvent résulter simplement de l'émergence de comportements individuels au sein de chaque cellule composant la colonie. En confinant des cellules dans des environnements clos en forme d'anneaux, les auteurs ont pu montrer que les cellules présentaient un mouvement de rotation coordonnée le long de ces anneaux. Ces mouvements coordonnés, initiés par la formation de contacts entre cellules, deviennent ensuite indépendants des contacts intercellulaires et résultent du comportement individuel de chaque cellule, ce qui est mis en évidence par des gradients de polarité et des dipôles de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) à l'échelle de chaque cellule comme cela est observé au sein de cellules isolées.

Contrairement aux modèles existants qui suggèrent que la migration collective nécessite la transmission d'une information sur des échelles bien plus grandes que la taille d'une cellule, cette étude montre un nouveau mode de migration collective qui résulte de la polarisation de chaque composant dans la direction du mouvement sans que la transmission de l'information aux cellules voisines soit nécessaire.

Ce travail pluridisciplinaire à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner...) entre biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les outils d'observations des phénomènes physiques sont appliqués aux molécules d'intérêt biologique.) et biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) cellulaire reproduit certaines observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) in vivo qui ont lieu au cours de la morphogénèse et devraient donc permettre de mieux en comprendre les processus de coopération cellulaire. Au-delà, ces résultats pourraient éclairer de nombreuses situations dans lesquelles interviennent des interactions entre cellules.

Références:
The role of single cell mechanical behavior and polarity in driving collective cell migration
JainS, CachouxVML,NarayanaGHNS, de BecoS, D'AlessandroJ, CellerinV, ChenT, Heuzé ML, MarcqP, MègeRM, KablaAJ, LimCT, Ladoux B.
Nature physics 4 mai 2020.
Doi: https://doi.org/10.1038/s41567-020-0875-z

Laboratoire:
Institut Jacques Monod (IJM) - (Université de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) /CNRS)
Batiment Buffon, 15 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les différents quartiers, s'inscrivant de ce fait dans un...) Hélène Brion.
75205 Paris cedex 13 France.
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