Rotations spontanées de cellules épithéliales : une compétition entre polarités et frontières cellulaires

Le célèbre mathématicien Alan Turing a proposé dans son article de 1952 sur la morphogenèse de générer des anneaux cellulaires pour comprendre les mécanismes de formation des tissus. C’est ce qu’ont entrepris les scientifiques en réalisant des travaux impliquant une interaction étroite entre physique, mathématique et biologie. Ils ont préparé par micro-impression des anneaux de cellules épithéliales pour en observer et quantifier la dynamique spontanée impliquée dans les formations d’organes.

Leur travail révèle que les anneaux tournent de manière cohérente et chirale en-dessous d’une taille limite correspondant à la longueur de cohérence de la lignée cellulaire. Cette dynamique est originale car elle repose sur un « bras de fer » entre cellules de polarités d’abord opposées puis qui finissent par s’aligner. Un sens de rotation est privilégié. Ce mouvement collectif apparaît également par auto-confinement des cellules : au bord de l’anneau cellulaire se forme spontanément une frontière d’acto-myosine active, comme le montre l’activité de la petite GTPase Rho. Ces résultats sont reproduits numériquement par un modèle mathématique modélisant les polarités cellulaires et leurs vitesses. Après calibration, le modèle reproduit toutes les dynamiques explorées pour des anneaux de tailles différentes.

Ce travail ouvre des perspectives nouvelles. En biologie, le principe de compétition entre polarités avec frontières permet d’envisager les rotations spontanées avec chiralité importante pendant la morphogenèse sous un angle original. En physique, la matière active et sa modélisation sont sondées dans ce montage impliquant microfabrication, calibration de modèle et comparaison quantitative avec des prédictions. En mathématique, ce travail a exploré de nouveaux modèles de dynamiques avec frontières. L’ensemble permettra d’envisager les mouvements collectifs de cellules durant la morphogenèse ou durant des dysfonctionnements pathologiques comme des phénomènes émergents.

En savoir plus : 
Lo Vecchio, S., Pertz, O., Szopos, M. et al. Spontaneous rotations in epithelia as an interplay between cell polarity and boundaries. 
Nat. Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02295-x