Comment les cellules trouvent les bons partenaires
Des chercheurs de l'Université de Fribourg découvrent que l'affinité entre les cellules peut contrôler des processus de développement complexes
Pendant la croissance et le développement des êtres vivants, différents types de cellules doivent entrer en contact les uns avec les autres pour former ensemble des tissus et des organes. Une petite équipe dirigée par le professeur Anne Classen du cluster d'excellence CIBSS - Centre for Integrative Biological Signalling Studies de l'Université de Fribourg a découvert que les changements complexes de forme au cours du développement sont exclusivement contrôlés par l'affinité des cellules entre elles. Pour ce faire, les chercheurs ont étudié des chambres d'œufs de mouches du vinaigre(Drosophila melanogaster), et ont combiné des méthodes génétiques avec des modélisations mathématiques. L'étude a été publiée dans la revue spécialisée Nature Communications.
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Des processus d'organisation complexes dans la chambre à œufs
"Nous voulions découvrir comment différents types de cellules s'organisent entre eux pour former des unités fonctionnelles", explique le Dr Vanessa Weichselberger, premier auteur de l'étude et membre du laboratoire de Classen, en résumant l'objectif de leurs recherches. "La chambre à œufs en est un bon exemple, car différentes populations de cellules doivent s'y rassembler en fonction de leur fonction". La chambre à œufs est la structure dans laquelle un ovule mûrit jusqu'à ce qu'il soit prêt pour la fécondation. Chez la drosophile, elle ressemble à un minuscule ballon de football : à l'intérieur se trouvent d'un côté l'ovule en croissance et de l'autre 15 cellules nourricières qui alimentent l'ovule en nutriments. Pour produire un œuf, l'ovule doit mûrir, tandis que les cellules nourricières sont finalement détruites.
Ces deux processus, la maturation de l'ovule et la dégradation des cellules nourricières, dépendent d'une couche externe de cellules épithéliales. Pour ce faire, les cellules épithéliales sont divisées en groupes spécialisés qui, en raison de leur fonction, doivent être en contact soit avec les cellules nourricières, soit avec l'ovule. Cette recherche de partenaire entre les cellules internes et externes est un processus complexe qui a lieu alors que, parallèlement, les rapports de taille à l'intérieur changent constamment. "On ne savait pas jusqu'à présent quels mécanismes pouvaient contrôler de manière robuste un processus aussi dynamique", explique Classen.
Eya contrôle la cohésion des cellules
Les chercheurs avaient observé que les cellules épithéliales spécialisées dans la dégradation des cellules nourricières s'étalaient et s'aplatissaient sur celles-ci. Ce faisant, elles forment une surface de contact particulièrement grande avec les cellules situées en dessous. "Cela pourrait s'expliquer par une affinité accrue entre les deux types de cellules", explique Weichselberger. "Nous avons donc émis l'hypothèse que la recherche de partenaires pouvait s'expliquer par de simples processus mécaniques d'attraction ou de répulsion". Une affinité accrue d'une partie spécialisée des cellules épithéliales pour les cellules nourricières conduirait alors à ce que les cellules épithéliales restantes soient repoussées par les cellules nourricières et entrent en contact avec l'ovule. Les chercheurs ont constaté que Eya, une protéine capable de contrôler l'activité des gènes, influençait le comportement de contact entre les cellules épithéliales et les cellules nourricières. Si les chercheurs augmentaient la concentration d'Eya dans les cellules épithéliales, celles-ci augmentaient leur surface de contact avec les cellules nourricières ; s'ils désactivaient Eya, la surface de contact était minimisée.
L'affinité des cellules est déterminante pour le développement
Pour tester leur hypothèse, les biologistes du développement ont eu recours à la modélisation mathématique. Pour ce faire, elles ont collaboré avec le professeur Patrick Dondl de la Faculté de mathématiques et de physique de l'Université de Fribourg. Dondl a créé des modèles informatiques dans lesquels il est possible de simuler des affinités mécaniques plus ou moins fortes entre les cellules. "Grâce aux modélisations mathématiques, nous avons pu montrer qu'un changement d'affinité en fonction des niveaux d'Eya suffisait à contrôler le processus complexe de recherche de partenaires", explique Weichselberger. "Cela signifiait que nous pouvions utiliser Eya comme une vis de réglage pour contrôler génétiquement la recherche de partenaires".
"Extrêmement flexible et robuste"
En modifiant génétiquement les concentrations d'Eya dans les cellules épithéliales et en simulant parallèlement ces expériences sur ordinateur, les chercheurs ont pu tester si l'affinité régulée par Eya entre les cellules épithéliales et les cellules nourricières était responsable de la recherche du partenaire. Ils ont constaté que la manipulation d'Eya permettait à elle seule de contrôler de manière ciblée quelles cellules épithéliales s'étendaient sur les cellules nourricières et quelles cellules épithéliales entraient en contact avec l'ovule. Cela a montré qu'en régulant l'affinité, Eya est le principal régulateur de la recherche de partenaires entre les cellules épithéliales et les cellules nourricières ou l'ovule. Cela a également surpris Classen, qui a dirigé l'étude : "L'affinité spécifique est effectivement un mécanisme suffisant pour contrôler des processus de développement aussi complexes. Et cela de manière extrêmement flexible et robuste, indépendamment du volume de la chambre à œufs".
Des processus similaires chez le mâle
Ce mécanisme n'est pas exclusivement limité à la chambre à œufs : Le développement des spermatozoïdes chez le mâle drosophile dépend également d'Eya, qui contrôle ici aussi l'affinité entre les spermatozoïdes internes et les cellules épithéliales externes. On ne sait pas si ces résultats peuvent être appliqués à d'autres animaux ou à l'homme. Mais la structure et le développement comparables de la chambre à œufs chez d'autres espèces laissent penser que c'est possible.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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