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Une étude renverse le modèle «instantané» du cycle cellulaire utilisé depuis 1974 :


Les cellules ont une grande décision : doivent-elles se répliquer ou dormir? Les cellules saines peuvent aller dans les deux sens. Les commutateurs de réplication des cellules cancéreuses sont bloqués en position «marche». Maintenant, une étude réalisée par des chercheurs du University of Colorado Cancer Center travaillant à l'Institut BioFrontiers de CU Boulder et publiée aujourd'hui dans la revue Science renverse la sagesse conventionnelle du fonctionnement de ces commutateurs - un modèle accepté depuis 1974 et inclus dans les manuels actuels.

De nombreux systèmes biologiques ont développé des façons d'adapter leur comportement reproducteur à leur environnement. Prenez des choucas sauvages - lorsque les ressources de l'écosystème sont limitées, les choucas éclosent moins d'oeufs. Bien sûr, les choucas doivent détecter leurs écosystèmes pour effectuer cet ajustement. Les cellules font la même chose, avec des récepteurs à la surface des cellules agissant comme de minuscules mains agrippantes qui atteignent l'écosystème entourant la cellule pour voir ce qu'elles peuvent saisir. Lorsqu'un récepteur / une main spécialisé saisit une molécule de facteur de croissance, il relaie le signal à l'intérieur de la cellule, disant à la cellule d'initier un autre passage à travers le cycle de réplication cellulaire. Lorsque ces facteurs de croissance sont absents, les cellules entrent dans un état de sommeil appelé repos.

Depuis 1974, les scientifiques pensent que les cellules ne prennent la décision de se répliquer ou de s'immobiliser que dans une courte fenêtre pendant la phase du cycle cellulaire appelée G1, comme si les cellules prenaient leur décision de ne pas aller en se basant sur un instantané de leur environnement. L'étude actuelle, menée par le laboratoire de Sabrina Spencer, PhD, investigatrice du CU Cancer Center et professeur adjoint au CU Boulder Department Biochemistry, avec l'auteur principal Mingwei Min, PhD, boursier postdoctoral au laboratoire du Dr Spencer, montre que les cellules ne le font pas, en fait, dépendez d'un instantané pour décider de répliquer - cela ressemble plus à un film.

«Les cellules intègrent en permanence la disponibilité des facteurs de croissance», explique Spencer. "Étant donné que l'environnement fluctue en permanence, il est logique que les cellules détectent continuellement leur environnement tout au long du cycle cellulaire pour leur permettre de s'adapter de manière appropriée."

Mais ne blâmez pas les scientifiques des années 70. L'incompréhension entre l'instantané et le film est une fonction de la technologie ancienne vs nouvelle. Dans les années 1970, les scientifiques ne pouvaient pas voir des cellules vivantes uniques et devaient plutôt étudier des populations de cellules. Pour voir comment les facteurs de croissance affectent la prolifération cellulaire, les scientifiques ont dû synchroniser les cellules en supprimant les facteurs de croissance pour les forcer à se mettre au repos, puis rajouter des facteurs de croissance pour voir s'ils pouvaient initier la réplication. Ce qu'ils ont trouvé est un «point de restriction» auquel le temps de retirer les facteurs de croissance n'arrêterait plus la réplication - ce qui donne l'impression que la détection du facteur de croissance ne se produit que juste avant le point de restriction dans G1.

Spencer est un pionnier dans l'utilisation d'une nouvelle technologie appelée microscopie unicellulaire. Fondamentalement, elle peut regarder une seule cellule en direct pendant ses activités. Cela signifie qu'elle n'a plus à synchroniser une population de cellules et peut plutôt regarder comment des cellules individuelles au sein d'une population de cellules en désordre couvrant le cycle de réplication réagissent à ces facteurs de croissance.

"La biochimie de ce que les gens ont découvert précédemment est correcte, mais pas le moment", dit-elle. La synchronisation effectuée dans des expériences antérieures efface l'expérience antérieure des cellules sur les facteurs de croissance - comme appuyer sur un bouton de réinitialisation - et ensuite fournir des facteurs de croissance à ces cellules réinitialisées donnait l'impression qu'elles ne détectent que les facteurs de croissance avant le point de restriction en phase G1 du cycle cellulaire actuel. Mais Spencer n'avait pas besoin de synchroniser les cellules et n'avait donc pas besoin d'une réinitialisation poussée en restreignant les facteurs de croissance.

Ce qu'elle a vu, c'est que les cellules se souviennent.

Spencer a découvert que les cellules détectent les facteurs de croissance tout au long de leur cycle cellulaire précédent, de sorte que la suppression des facteurs de croissance pendant une heure au début du cycle cellulaire précédent entraîne un pourcentage plus faible de cellules choisissant de se remettre en réplication 15 heures plus tard.

«Les cellules font continuellement le bilan non seulement de la signalisation actuelle des facteurs de croissance, mais également de la signalisation des facteurs de croissance passés», déclare Spencer. "Normalement, 80% des cellules s'engagent à se répliquer, mais avec un laps de temps d'une heure dans les facteurs de croissance, vous êtes tombé à 65%, avec un laps de trois heures vous êtes tombé à 40%, et avec un laps de six heures vous "Il ne reste plus que 10 à 20% à prendre la décision de rentrer dans le cycle cellulaire. D'un point de vue scientifique fondamental, cela signifie qu'ils ont une mémoire."

Cette mémoire semble liée au taux de production de protéines d'une cellule. Lorsque Spencer a supprimé les facteurs de croissance, la production de protéines a été considérablement réduite et, avec elle, la production d'une protéine importante appelée Cyclin D, qui contrôle en grande partie l'entrée dans le cycle cellulaire. Avec une baisse de la cycline D (également une cible majeure pour les médicaments anticancéreux), moins de cellules ont choisi de se répliquer.

"Nous pensons que la science fondamentale est assez excitante. Et en outre, la bonne nouvelle dans le contexte du cancer est que les cellules sont constamment sensibles à la signalisation des facteurs de croissance - par exemple, dans une maladie comme le mélanome, vous n'auriez pas à a frappé des cellules en G1 pour bloquer ce cycle ", dit Spencer. "Comprendre quand les cellules se soucient de recevoir ces signaux, et quand les cellules sont sensibles aux médicaments qui bloquent ces signaux, peut affiner la façon dont les gens utilisent ces médicaments."