Comment les Cellules obtiennent-elles leurs formes ?
Traiter de la lumière pour déclencher des procédures dans des cellules de levure à fission génétiquement modifiées fait partie des travaux de recherche menés par les biologistes expérimentaux du Martin Lab du Collège de Lausanne, dirigés par l’enseignante Sophie Martin. L’équipe effectuait de telles expériences lorsqu’elle a observé qu’une protéine saine spécifique serait sans aucun doute déplacée de la zone de développement cellulaire lorsqu’elle serait présentée dans la cellule. Ainsi, ils se sont connectés à Dimitrios Vavylonis, qui a conduit le groupe Vavylonis du département de physique de l’Université Lehigh à comprendre pourquoi.
“Nous avons continué à faire une simulation informatique qui combinait le “développement” de la couche membranaire cellulaire à l’activité des protéines en plus de modéliser quelques autres hypothèses que nous avions envisagées après des discussions avec eux”, affirme Vavylonis, un physicien théoricien.
Cette collaboration multidisciplinaire a intégré la modélisation et les expériences pour décrire une procédure biologique jusqu’alors inconnue. Les équipes ont découvert et identifié un tout nouveau système qu’une simple cellule de levure utilise pour acquérir sa forme. Ils décrivent ces résultats dans un article intitulé “Cell patterning by sécrétion-induite plasma membrane layer flows” dans le cadre de la préoccupation actuelle de Science Breakthroughs.
Lorsque les cellules se déplacent ou se développent, elles devraient ajouter une toute nouvelle couche de membrane à ces régions de croissance, affirme Vavylonis. Le processus d’administration membranaire est appelé exocytose. Les cellules doivent également fournir cette couche membranaire à un endroit particulier pour conserver un sens de la direction, appelé « polarisation », ou pour se développer de manière coordonnée.
« Nous avons démontré que ces processus sont couplés : le voisinage indésirable de l’exocytose déclenche plusieurs des protéines saines attachées à la membrane à s’éloigner (« flux ») de la région de développement », déclare Vavylonis. “Ces protéines qui s’éloignent marquent la région cellulaire qui ne se développe pas, établissant ainsi un modèle autosuffisant, qui génère la forme tubulaire de ces cellules de levure.”
C’est la première fois que ce dispositif pour le motif cellulaire – la procédure par laquelle les cellules acquièrent des non-uniformités spatiales sur leurs surfaces – est identifié.
Les simulations du groupe Vavylonis, dirigé par l’affilié postdoctoral David Rutkowski, ont provoqué des tests spéculatifs, que le groupe Martin a ensuite effectués. Vavylonis et Rutkowski ont examiné les résultats des expériences pour confirmer que la distribution des protéines saines qu’ils ont découvertes dans leurs simulations correspondait aux informations recueillies lors des expériences sur les cellules en ligne.
L’équipe affirme que le travail pourrait être particulièrement passionnant pour les scientifiques examinant les procédures associées à la croissance cellulaire et au trafic Web des couches membranaires, tels que les neurobiologistes et ceux qui recherchent les procédures sur les cellules cancéreuses.
« Notre travail révèle que les modèles dans les systèmes biologiques ne sont généralement pas fixes », explique Rutkowski. « Les modèles se développent grâce à des procédures physiques impliquant un flux et un renouvellement constants. »
« Nous pourrions apporter un soutien à la conception de motifs par flux membranaire », a déclaré Vavylonis. “En fin de compte, l’équipe Martin pourrait utiliser ces connaissances pour concevoir des cellules dont la forme peut être contrôlée par la lumière.”
Référence: Cell patterning by secretion-induced plasma membrane flows, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abg6718
