Les cellules se déplacent constamment dans tout notre corps, effectuant une myriade d’opérations essentielles au développement des tissus, aux réponses immunitaires et au bien-être général. Cette agitation est guidée par des signaux chimiques étudiés depuis longtemps par des scientifiques intéressés par la migration cellulaire.




Pour mieux comprendre ce phénomène, une équipe de biologistes et de physiciens, dirigée par la professeure distinguée Denise Montell de l’UC Santa Barbara, a étudié l’effet de la géométrie de l’environnement biologique sur le mouvement cellulaire. En utilisant des modèles mathématiques et des mouches des fruits, le groupe a découvert que l’espace physique a beaucoup d’influence sur la migration cellulaire. À savoir, la géométrie des tissus peut créer un chemin de moindre résistance, qui guidebook le mouvement cellulaire. Ces informations, publiées dans la revue Science, sont un triomphe pour la recherche fondamentale et pourraient trouver des purposes dans des domaines aussi divers que l’oncologie, les neurosciences et la biologie du développement.

Remark la géométrie des tissus influence le mouvement des cellules à travers le corps

La migration cellulaire dirigée est une caractéristique essentielle des processus biologiques, à la fois normaux et pathologiques. « Sans migration cellulaire directionnelle, les embryons ne se développeraient pas, les blessures ne guérissaient pas et les systèmes immunitaire et nerveux ne se formeraient ni ne fonctionneraient », a déclaré Montell, professeur Duggan au Département de biologie moléculaire, cellulaire et développementale. « Pourtant, la migration cellulaire contribue également à l’inflammation et aux métastases cancéreuses, de sorte que la compréhension des mécanismes sous-jacents a suscité un intérêt considérable au fil des décennies. »


Les scientifiques savent depuis longtemps que les cellules détectent les attractifs chimiques. Beaucoup pensaient qu’un gradient chimio-attractif était tout ce qui était nécessaire pour que les cellules migrent là où elles étaient nécessaires. Pourtant, les chercheurs s’intéressent de plus en additionally à la manière dont l’environnement physique contribue à la manière dont les cellules choisissent leur chemin. Cela présente cependant un défi pratique, automobile la reconstruction de la géométrie d’un tissu vivant dans un environnement artificiel est un défi de taille.

L’équipe de Montell a expérimenté les ovaires de mouches des fruits – l’un des modèles de migration cellulaire les moreover anciens et les mieux étudiés – pour découvrir les contributions de plusieurs facteurs différents. Dans l’ovaire, il y a plusieurs chambres à œufs composées de 15 cellules nourricières et d’un ovocyte, ou ovule en développement, à une extrémité. Les cellules infirmières soutiennent la croissance de l’œuf.

Approximativement 850 cellules folliculaires entourent les cellules infirmières et l’ovocyte. Parmi celles-ci, un groupe de six à huit à l’extrémité de la chambre de l’œuf, appelées cellules de bordure, s’est détachée et migre entre les cellules nourricières vers l’ovocyte, où elles sont essentielles au développement closing de l’œuf.

Non seulement ce système fournit un modèle parfait pour étudier le mouvement cellulaire en général, mais l’amas de cellules frontalières se comporte de manière très similaire au cancer métastasant. « Au début, le système peut sembler très obscur et mystérieux à choisir à l’improviste », admet Montell, « mais il s’avère que Mère Mother nature réutilise les choses, et les mécanismes que ces cellules utilisent pour se déplacer sont très similaires, même en détails moléculaires, comment les cellules cancéreuses se déplacent.  »

Il y a deux composants à la migration des cellules de bordure. Ils se déplacent clairement de la partie antérieure vers la partie postérieure de la chambre à œufs. Cependant, ce qui était moins apprécié jusqu’à présent, c’est qu’ils restent également situés au centre plutôt que de se déplacer vers la périphérie de la chambre pendant leur voyage, bien qu’ils aient environ 40 chemins latéraux différents qu’ils pourraient emprunter.

Les chercheurs ont découvert que le chimio-attractif ne pouvait pas expliquer le choix du chemin central – quelque chose d’autre doit maintenir les cellules frontières le extensive de leur chemin. En fait, lorsqu’ils ont assommé la capacité des cellules à détecter les signaux chimiques, les chercheurs ont découvert que les cellules restaient toujours au centre de la chambre de l’œuf, bien qu’elles ne parviennent plus à l’ovocyte à l’extrémité opposée.

La chambre à œufs est remplie de nombreuses cellules, ce qui pose un problème d’empilement tout comme le fait de mettre des balles dans une caisse. Les mathématiciens travaillent sur de tels problèmes depuis des siècles et ont découvert qu’il y avait as well as d’espace dans les zones où in addition de cellules se rassemblent. L’équipe a confirmé cela en plongeant la chambre à œufs dans un fluide fluorescent qui a rempli les espaces entre les cellules.

« Il semble que les cellules de bordure choisissent le centre parce que c’est un endroit où il y a un tout petit peu in addition d’espace », a déclaré Montell. « Ce qui était le as well as surprenant, c’est que l’espace physique est vraiment minuscule, beaucoup in addition petit que les objets qui le traversent. C’est cet espace minuscule qui fait la différence. »

Le co-auteur principal Wei Dai, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Montell, a soigneusement étudié la chambre à œufs au microscope et a minutieusement recréé la disposition des cellules dans un modèle 3D. Cela a permis aux physiciens du projet – Yuansheng Cao et Wouter-Jan Rappel de l’UC San Diego et Nir Gov du Weizmann Institute of Science en Israël – de créer un modèle mathématique du système sur lequel exécuter des simulations.

Le fils de Montell, directeur approach chez Pixar Animation Studios, a ensuite pu superposer les résultats du modèle mathématique à la recréation 3D de la chambre à œufs. Les résultats ont soutenu l’hypothèse que le peu d’espace supplémentaire entre les cellules a créé un chemin ideal.

Pour s’assurer que la géométrie de la cave était vraiment responsable du chemin des cellules de bordure, l’autre auteur principal de l’article, Xiaoran Guo, un étudiant au doctorat dans le laboratoire de Montell, a examiné des chambres d’œufs mutées avec 31 cellules infirmières, par opposition aux 15 cellules habituelles les cas les moreover encombrés, les cellules de la frontière choisissent toujours un chemin à travers la zone avec le additionally de jonctions cellulaires, plutôt que le centre physique de la chambre à œufs.

« La géométrie du tissu crée un chemin central de moindre résistance, qui fournit des informations directionnelles tout aussi importantes que celles fournies par les chimio-attractifs », a déclaré Montell, ajoutant que pendant 15 ans, les signaux chimiques étaient considérés comme les seuls signaux d’orientation.

Elle soupçonne un particular nombre de facteurs différents sous-tendant le comportement des cellules. En voyageant, les cellules de bordure explorent leur environnement en étendant de petites projections de la membrane cellulaire, qui sont à peu près de la même échelle que les espaces entre les cellules infirmières. De additionally, les cellules infirmières sont zippées avec des protéines là où elles se touchent. En voyageant à travers les espaces où se rencontrent plusieurs cellules, les cellules de bordure n’ont pas besoin de rompre tous ces liens pour passer.

Les résultats de l’étude montrent que les scientifiques doivent tenir compte de l’influence de l’environnement physique pour toutes sortes d’instances où les cellules migrent dans des espaces restreints par exemple, le développement du cerveau ou le mouvement des cellules immunitaires à travers les ganglions lymphatiques et les tumeurs.

« Obtenir des cellules immunitaires dans la tumeur peut être un défi, et peut-être une partie de cela est ce défi de la géométrie des tissus », a déclaré Montell. « Qui aurait pensé que ce que nous devons vraiment faire est peut-être de relâcher la tumeur pour aider les cellules immunitaires à entrer.

« Ces découvertes ajoutent un nouveau concept à la façon dont nous pensons à ce que les cellules sont attirées et remark elles se déplacent. »