Comment les Cellules obtiennent-elles leurs formes ? Un Nouveau Mécanisme déterminé
Collaborer avec la lumière pour activer des processus au sein de cellules de levure à fission génétiquement modifiées fait partie des travaux de recherche menés par les biologistes expérimentaux du laboratoire Martin du Collège de Lausanne, dirigés par le professeur Sophie Martin. Les membres de l’équipe menaient de telles expériences lorsqu’ils ont vu qu’une protéine saine spécifique serait déplacée de la zone de développement cellulaire lorsqu’elle était présentée directement dans la cellule. Ils ont donc contacté Dimitrios Vavylonis, qui dirige le groupe Vavylonis de la division de physique du Lehigh College, pour savoir pourquoi.
“Nous avons continué à faire une simulation informatique qui a couplé le “développement” de la membrane cellulaire au mouvement des protéines en plus de modéliser quelques autres hypothèses que nous avons considérées après des discussions avec eux”, déclare Vavylonis, un physicien universitaire.
Cette coopération multidisciplinaire a intégré la modélisation et les expériences pour décrire un processus biologique jusque-là inconnu. Les équipes ont découvert et identifié un nouveau système qu’une simple cellule de levure utilise pour acquérir sa forme. Ils définissent ces causes dans un article intitulé « Cellulation de cellules par des flux de couche de membrane plasmique induits par la sécrétion » dans le dernier numéro de Science Breakthroughs.
Lorsque les cellules se déplacent ou se développent, elles doivent inclure une nouvelle couche membranaire dans ces régions de croissance, explique Vavylonis. Le processus d’administration de la couche membranaire est appelé exocytose. Les cellules doivent également fournir cette membrane à une zone spécifique pour maintenir un sens de direction appelé « polarisation », ou se développer de manière collaborative.
« Nous avons montré que ces procédures sont combinées : un excès local d’exocytose provoque le déplacement (« circulation ») de plusieurs des protéines saines attachées à la membrane hors de la zone de développement », affirme Vavylonis. “Ces protéines saines qui s’éloignent marquent la région cellulaire qui ne se développe pas, établissant ainsi un modèle autoentretenu, qui déclenche la forme tubulaire de ces cellules de levure.”
C’est la première fois que ce mécanisme de structuration cellulaire – le processus par lequel les cellules obtiennent des non-uniformités spatiales sur leurs surfaces – est identifié.
Les simulations du groupe Vavylonis, dirigées par l’associé postdoctoral David Rutkowski, ont conduit à des tests expérimentaux que l’équipe Martin a ensuite réalisés. Vavylonis et Rutkowski ont évalué les résultats des expériences pour confirmer que la distribution des protéines saines qu’ils ont remarquées dans leurs simulations correspondait aux informations glanées lors des expériences sur les cellules en temps réel.
L’équipe dit que le travail pourrait être d’un intérêt particulier pour les chercheurs examinant les processus associés à la croissance cellulaire et au trafic de la couche membranaire, tels que les neurobiologistes et ceux qui recherchent les processus des cellules cancéreuses.
« Notre travail montre que les modèles dans les systèmes biologiques ne sont généralement pas statiques », explique Rutkowski. « Les modèles s’établissent via des procédures physiques comprenant une circulation constante ainsi que le chiffre d’affaires. »
« Nous avons pu assister la version de la modélisation par flux membranaire », a déclaré Vavylonis. “En fin de compte, le groupe Martin pourrait utiliser cette compréhension pour concevoir des cellules dont la forme peut être gérée par la lumière.”
Référence: Cell patterning by secretion-induced plasma membrane flows, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abg6718
