« Un pour tous » : le comportement individuel des cellules régule leur mouvement collectif.

Résultats scientifiques Biologie cellulaire

La migration collective des cellules joue un rôle important dans un grand nombre de processus cellulaires comme la morphogénèse, la progression tumorale ou la cicatrisation. L’émergence de mouvements coordonnés à des échelles multicellulaires reste un processus mal compris. En étudiant la dynamique de monocouches épithéliales dans des environnements confinés, les scientifiques ont prouvé que la migration collective peut résulter simplement du comportement de cellules individuelles au sein des assemblées cellulaires. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Physics.

La migration collective des cellules est essentielle dans de nombreux processus et est impliquée dans des pathologies lorsqu’elle est dérégulée. Le développement embryonnaire ou encore les mécanismes de cicatrisation se font notamment par le mouvement coordonné de groupes cellulaires. La caractérisation des mouvements de cellules individuelles isolées a été largement étudiée. Elle fait apparaître bien souvent une polarité avant-arrière et des forces exercées par la cellule sur son substrat réparties en deux pôles équivalents à l’avant et à l’arrière de la cellule. Cependant, lorsque la migration implique plusieurs cellules, elle devient collective et les forces sont exercées non plus seulement au niveau du substrat mais aussi entre les cellules. Ces couplages avec les cellules voisines rendent la compréhension des mécanismes sous-jacents plus difficile à appréhender.  

Dans le cadre d'une collaboration internationale avec les universités de Cambridge et de Singapour, les scientifiques ont pu montrer que les mouvements collectifs d’assemblées cellulaires cultivées in vitro peuvent résulter simplement de l’émergence de comportements individuels au sein de chaque cellule composant la colonie. En confinant des cellules dans des environnements clos en forme d’anneaux, les auteurs ont pu montrer que les cellules présentaient un mouvement de rotation coordonnée le long de ces anneaux. Ces mouvements coordonnés, initiés par la formation de contacts entre cellules, deviennent ensuite indépendants des contacts intercellulaires et résultent du comportement individuel de chaque cellule, ce qui est mis en évidence par des gradients de polarité et des dipôles de force à l’échelle de chaque cellule comme cela est observé au sein de cellules isolées.

Contrairement aux modèles existants qui suggèrent que la migration collective nécessite la transmission d’une information sur des échelles bien plus grandes que la taille d’une cellule, cette étude montre un nouveau mode de migration collective qui résulte de la polarisation de chaque composant dans la direction du mouvement sans que la transmission de l’information aux cellules voisines soit nécessaire.

Ce travail pluridisciplinaire à l’interface entre biophysique et biologie cellulaire reproduit certaines observations in vivo qui ont lieu au cours de la morphogénèse et devraient donc permettre de mieux en comprendre les processus de coopération cellulaire. Au-delà, ces résultats pourraient éclairer de nombreuses situations dans lesquelles interviennent des interactions entre cellules.

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© Shreyansh Jain

Figure : (a) et (b) Mouvements de rotation de cellules MDCK confinées dans des anneaux recouverts de protéines de la matrice extra-cellulaire. (c) Schéma montrant la polarisation des cellules individuelles.

 

Pour en savoir plus :

The role of single cell mechanical behavior and polarity in driving collective cell migration
Jain  S, Cachoux  VML,Narayana  GHNS, de Beco  S, D’Alessandro  J, Cellerin  V,  Chen  T, Heuzé  ML, Marcq  P, Mège  RM, Kabla  AJ, Lim  CT, Ladoux B.

Nature physics 4 mai 2020. Doi: https://doi.org/10.1038/s41567-020-0875-z

 

Contact

Benoit Ladoux
DR1, Chercheur CNRS à l'Institut Jacques Monod (IJM)

Laboratoire

Institut Jacques Monod (IJM) - (Université de Paris /CNRS)
Batiment Buffon, 15 rue Hélène Brion
75205 Paris cedex 13
France