Mémoire cellulaire : comment les cellules se déplacent intelligemment dans le corps
Lors de la cicatrisation des plaies, de la défense contre les infections ou de la propagation d'un cancer, les cellules se déplacent à travers le corps. Pour ce faire, elles doivent souvent se faufiler dans des espaces étroits. Des chercheurs ont découvert que les cellules possèdent une sorte de mémoire. Elles se souviennent de la manière dont elles ont franchi de tels passages étroits par le passé et peuvent ainsi se déplacer rapidement et habilement à travers des tissus riches en structures.
Notre corps est composé d'une multitude de cellules. La plupart d'entre elles, comme les cellules de la peau, restent à leur place tout au long de leur vie. Mais il y a des exceptions : les cellules embryonnaires, les cellules immunitaires ou les cellules impliquées dans la cicatrisation des plaies se déplacent à travers le corps. Les cellules tumorales en sont également capables. Elles quittent leur lieu d'origine et forment des métastases dans d'autres régions. Pour passer d'un endroit à l'autre, les cellules doivent se faufiler à travers des espaces étroits dans les tissus - souvent plus petits qu'elles-mêmes. Pour cela, elles doivent se déformer, ce qui demande de l'énergie et du temps.
Le professeur David Brückner du Biocentre de l'Université de Bâle a découvert, en collaboration avec des chercheurs du professeur Sylvain Gabriele de l'Université de Mons en Belgique, que de telles cellules migrantes possèdent une sorte de mémoire mécanique. Les cellules se souviennent de la forme qu'elles ont prise lorsqu'elles ont franchi un passage étroit. Ainsi, elles n'ont pas besoin d'adapter leur forme à chaque fois et peuvent se déplacer plus rapidement et plus efficacement à travers des structures tissulaires étroites.
Dans leur étude publiée dans "Nature Physics", les chercheurs donnent un aperçu du mécanisme biophysique qui est à la base de ce comportement. En tant que physicien théorique, Brückner a fourni le modèle mathématique qui décrit la dynamique des cellules migrantes.
Les cellules changent de forme
Les chercheurs ont observé le comportement de cellules individuelles dans des microstructures spécialement conçues sur une puce en plastique : Deux minuscules évidements carrés reliés à un canal très fin qui reproduit les espaces étroits dans les tissus. "Les cellules elles-mêmes se déplacent dans ces structures à l'aide de protrusions, c'est-à-dire de petits bras microscopiques", explique Brückner. "Les cellules cancéreuses sont particulièrement friandes de mouvements, elles se déplacent tout le temps d'un côté à l'autre". Ce faisant, les cellules alternent entre deux formes différentes : une forme plate et allongée et une forme sphérique compacte.
Lorsque la cellule entre dans le tunnel, les petits bras vont tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre. Au début, elle essaie donc les deux directions et s'étire. Plus elle reste longtemps dans le canal étroit, plus il est probable qu'elle passe à la forme compacte. "Là, elle n'a qu'un seul bras directionnel qui tire le reste de la cellule derrière elle comme un sac", explique Yohalie Kalukula de l'université de Mons, premier auteur de l'étude. "La cellule utilise donc sa force pour se déplacer de manière ciblée dans une seule direction".
Les cellules conservent une forme compacte même après un rétrécissement
De manière surprenante, la plupart des cellules rétrécies pendant une longue période conservent leur forme compacte même après avoir quitté le tunnel. Elles sont ainsi déjà préparées pour le prochain obstacle : "La cellule remarque apparemment qu'elle a déjà franchi un passage étroit et qu'elle en a probablement encore d'autres devant elle. C'est pourquoi elle reste compacte", explique Kalukula. "Dans une petite partie des cas, elle reprend toutefois sa forme allongée. Il est probable que dans les tissus, il n'est pas avantageux d'être toujours compact et de marcher dans une seule direction, car on se retrouve alors plus souvent dans une impasse et on est bloqué".
La mémoire de la forme repose sur la transformation de la structure cellulaire
Comme l'ont encore découvert les chercheurs, la mémoire mécanique repose sur des modifications du squelette cellulaire, plus précisément de ce que l'on appelle l'échafaudage d'actine. Il détermine la forme de la cellule et lui confère sa stabilité. En cas de séjour prolongé dans des espaces étroits, la cellule renforce son échafaudage d'actine. Il devient plus épais et plus stable et lui permet de conserver sa forme compacte, même si elle a déjà quitté l'espace étroit. "La transformation de l'échafaudage d'actine prend toutefois un certain temps, ce qui explique cet effet de mémoire", explique Brückner.
Les résultats du groupe indiquent que les cellules peuvent mieux naviguer dans des environnements complexes lorsqu'elles adaptent leur forme aux conditions du moment. Cela pourrait être bénéfique pour la cicatrisation des plaies ou la lutte contre les infections. Cependant, cette capacité a aussi son revers : elle pourrait contribuer à ce que les cellules tumorales se propagent plus rapidement dans le corps.
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