Comment les cellules sont en avance sur la courbe
Ces principes universels permettent de mieux comprendre la migration des cellules immunitaires et cancéreuses, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles options thérapeutiques
La courbure d'une surface détermine le comportement migratoire des cellules biologiques. Elles se déplacent de préférence le long des vallées ou des rainures, tout en évitant les crêtes. Ces découvertes, auxquelles ont contribué l'Institut Max Planck pour la dynamique et l'auto-organisation (MPI-DS) et l'Institut Weizmann des sciences, ont donné naissance à un modèle prédisant le comportement cellulaire. Ces principes universels permettent désormais de mieux comprendre la migration des cellules immunitaires et cancéreuses, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles options thérapeutiques.
La migration des cellules dans l'organisme est un phénomène biologique fondamental. Les cellules immunitaires sont constamment à la recherche d'agents pathogènes et les cellules cancéreuses migrent à travers le corps, provoquant des métastases. À l'intérieur du corps, de nombreuses surfaces telles que les tissus, les vaisseaux sanguins ou les protubérances ont une forme incurvée. "Nous avons pu démontrer que ces courbures affectent directement le modèle de mouvement des cellules", explique Eberhard Bodenschatz, directeur du MPI-DS. Les scientifiques ont pu montrer expérimentalement que les cellules préfèrent certaines courbures à d'autres, un phénomène appelé "curvotaxie".
Pour élucider ce mécanisme, ils ont créé un modèle informatique d'une vésicule contenant des composants actifs du cytosquelette utilisés pour le mouvement. Cette structure ressemble à une cellule biologique qui migre dans le corps. "À l'aide de ce modèle cellulaire minimal, nous avons exploré systématiquement le mécanisme de curvotaxie sur diverses surfaces incurvées", rapporte Nir Gov de l'Institut Weizmann des sciences, en Israël. "La cellule modèle présente des schémas de migration spécifiques, par exemple lorsque les cellules se déplacent le long des rainures en forme de vague, tout en évitant de se déplacer le long des crêtes", poursuit-il.
Cette observation a donné naissance à un nouveau modèle prédisant le comportement des cellules. Les prédictions du modèle ont ensuite été vérifiées expérimentalement à l'aide de plusieurs types de cellules. Les scientifiques ont ainsi mis en évidence un mécanisme universel de motilité cellulaire qui s'applique à de nombreux types de cellules migratrices. Sur une structure convexe ou tubulaire telle que la surface extérieure d'un vaisseau sanguin, les cellules ont tendance à se déplacer de manière circonférentielle autour de la forme. En revanche, sur les structures concaves (comme à l'intérieur d'un vaisseau sanguin), les cellules préfèrent se déplacer axialement vers l'avant ou vers l'arrière. "Notre travail met en évidence la façon dont les principes physiques façonnent un comportement universel, même dans le monde complexe de la biologie", conclut Eberhard Bodenschatz.
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Publication originale
Raj Kumar Sadhu, Marine Luciano, Wang Xi, Cristina Martinez-Torres, Marcel Schröder, Christoph Blum, Marco Tarantola, Stefano Villa, Samo Penič, Aleš Iglič, Carsten Beta, Oliver Steinbock, Eberhard Bodenschatz, Benoît Ladoux, Sylvain Gabriele, Nir S. Gov; "A minimal physical model for curvotaxis driven by curved protein complexes at the cell’s leading edge"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 121, 2024-3-15
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