Posté par Adrien le Lundi 22/02/2021 à 09:00

Tissus biologiques: voici comment le collectif peut prendre le pas sur l’individuel

Beaucoup de tissus biologiques sont composés de cellules épithéliales qui fonctionnent collectivement. Ces cellules adhèrent à la matrice extracellulaire et à leurs voisines en transmettant des forces mécaniques. Cette mécanique de l’adhésion joue un rôle particulièrement important dans la morphogénèse, la progression tumorale ou encore la cicatrisation. Les monocouches de cellules épithéliales présentent des propriétés d’alignement analogues à celles des cristaux liquides.

En utilisant cette analogie, les chercheurs ont montré que l’organisation des monocouches épithéliaux résultait du couplage entre les forces exercées au niveau de la matrice extracellulaire et sur les cellules voisines. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Materials.

Figure: Régulation des interactions mécaniques au sein de monocouches cellulaires.
a: Distribution des forces au sein d’une cellule isolée ;
b: Répartition des forces et nature de l’état de tension résultant des cellules en interaction ;
c: Auto-organisation et Ségrégation cellulaire au sein de mélanges de cellules présentant des adhésions intercellulaires différentes (faibles en rouge et fortes en vert). Barre d’échelle = 20 um.
© Lakshmi Balasubramaniam & Benoit Ladoux

De nombreux processus biologiques dépendent de l’activité collective des cellules, de la façon dont elles interagissent les unes avec les autres. Des changements dans la façon dont les cellules adhèrent entre elles et à la matrice sont impliqués dans des mécanismes développementaux essentiels comme la formation et le modelage des tissus, mais aussi dans des mécanismes pathologiques comme la progression tumorale. Ces interactions transmettent des forces mécaniques développées par les cellules. Il en résulte que la nature des forces mises en jeu est importante pour caractériser l’organisation, le type et le devenir des tissus biologiques.

Au sein des tissus, les cellules individuelles ont bien souvent des formes plutôt allongées et s’alignent localement à la manière d’une classe de matériaux inertes bien connue: les cristaux liquides nématiques (l'état nématique est intermédiaire entre phase solide, liquide et cristalline). Les monocouches cellulaires peuvent donc être décrites comme des matériaux nématiques, mais actifs, dans lesquels les moteurs moléculaires assurent le mouvement cellulaire. Pour des cellules individuelles isolées, les forces exercées sur la matrice se présentent généralement comme des forces opposées qui tirent vers l’intérieur de la cellule le long de son grand axe. Pourtant, au niveau collectif dans des épithéliums, le comportement nématique du système est modifié, et cette organisation disparaît pour laisser place à des forces de poussée le long du grand axe.

Dans le cadre d'une collaboration internationale avec le Mechanobiology Institute" (Singapore), l’Université d’Oxford (UK) et le Niels Bohr Institute (Danemark),les chercheurs ont étudié l’impact de l’adhésion cellulaire sur la dynamique de ces systèmes nématiques actifs et notamment sur les singularités d’alignement qui en résultent, appelées défauts topologiques. Cette étude pour comprendre ces changements entre l’individuel et le collectif montre que le changement du comportement nématique est la signature de la compétition entre les forces générées au niveau de la matrice et celles générées aux contacts intercellulaires. Une perte d’adhésion entre cellules induit, par exemple, un renforcement mécanique au niveau de la matrice qui modifie le comportement collectif des cellules.

Dans les années 1960, M. Steinberg proposait que le mouvement des cellules au sein d’un tissu et leur ségrégation était liée à la minimisation de la tension interfaciale, un mécanisme bien connu dans les bulles. Ces nouveaux travaux proposent une hypothèse alternative et montrent que la séparation de populations cellulaires peut s’expliquer par l’émergence de comportements nématiques différents modulés par les propriétés d’adhésion.

Ce travail pluridisciplinaire à l’interface entre la biophysique et la biologie cellulaire propose un nouveau cadre pour comprendre l’auto-organisation des tissus basée sur l’analogie avec des cristaux liquides actifs nématiques et la nature des forces internes.

Pour en savoir plus:

Investigating the nature of active forces in tissues reveals how contractile cells can form extensile monolayers
Lakshmi Balasubramaniam L, Amin Doostmohammadi A, Thuan Beng Saw T, Gautham Hari Narayana Sankara Narayana, Romain Mueller, Tien Dang, Minnah Thomas, Shafali Gupta, Surabhi Sonam, Alpha S. Yap, Yusuke Toyama, René-Marc Mège, Julia M.Yeomans, Benoit Ladoux.
Nature Materials 18 février 2021, https://doi.org/10.1038/s41563-021-00919-2

Laboratoire

Institut Jacques Monod (IJM) - (Université de Paris/CNRS)
Batiment Buffon, 15 rue Hélène Brion.
75205 Paris cedex 13.
France.
Dernières actualités
Mesurer la gravité à laquelle est soumise l'antimatière est un des défis actuels, avec pour...
Une équipe de l’UNIGE a étudié les cendres des éruptions volcaniques et a découvert deux...
La grande majorité des exoplanètes géantes (les planètes 100 fois plus lourdes que la Terre)...
"Préserve et répare la peau". "Retarde l’apparition des rides". C’est ce que promettent les...
En étudiant les génomes de plus de 20 000 personnes, une équipe met en lumière les liens...
À l’été 2009, un navire allemand était devenu le premier navire commercial à emprunter la...
Ceux qui cherchent un exemple qui illustre bien comment la génétique et le milieu de vie peuvent...
Lorsqu’on dit que "le vaccin a un taux d’efficacité de 95%", cela ne veut pas dire que "5% des...
Les chercheurs des instituts Jacob et Joliot du CEA ont amélioré le suivi de l’inflammation des...
On s’interroge beaucoup sur l’utilité du séquençage des virus SARS-CoV-2 de patients...
Impossible de faire atterrir en douceur un rover ou une sonde spatiale sur Mars sans intelligence...
Un chercheur de l’UNIGE a compilé toute la littérature des cinq dernières années liant...
Pour la première fois, la combinaison de deux techniques d’imagerie permet de visualiser et de...
Les matériaux photoactifs utilisés dans les OLEDs, l’imagerie médicale ou certains dispositifs...
Le volcan Merapi, situé à Java en Indonésie, voit régulièrement des dômes de lave...
Des chiens ont accompagné certains des premiers habitants des Amériques, il y a 16 à 17 000...
Les villes favorisent des pratiques propices à la dissémination et au développement de certains...
La spintronique offre des solutions nouvelles à la réalisation de composants mémoire et logique...
Une équipe du SCCL a découvert que les lymphocytes T CD4, qui jouent habituellement un rôle de...
Au cours de ces dernières décennies, il a été observé que la banquise s’est étendue au...
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL
sous le numéro de dossier 1037632
Informations légales