Distanciation sociale : Les cellules montrent l’exemple !
La nature regorge d’exemples de patrons géométriques formés par des groupes de cellules, telles que les zébrures ou les ocelles. Ces patrons sont le plus souvent auto-organisés via le déploiement de réseaux génétiques dans des tissus relativement statiques (Turing patterns). Toutefois, des patrons géométriques peuvent aussi se former grâce au déplacement coordonné de cellules. Dans cette étude, publiée dans Developmental Cell, les scientifiques révèlent comment une population de plusieurs milliers de cellules s’auto-organise pour donner naissance à un patron de type damier.
Chez le têtard de la grenouille xénope, comme chez d’autres animaux aquatiques, des milliers de cellules multiciliées s’insèrent à la surface de l’épiderme et agissent comme autant de balais mécaniques, grâce au battement coordonné et à haute fréquence de leurs cils. S’ensuit un courant puissant à la surface du têtard, qui chasse les micro-organismes environnants. Pour assurer une défense optimale, les cellules multiciliées se répartissent à intervalles réguliers. Comment diable font-elles ?
Les chercheurs ont observé que les cellules multiciliées naissent dans la couche interne de l’épiderme dans un patron désordonné. En quelques heures, la population entière se répartit de façon homogène, avant d’entamer son intercalation dans la couche de surface. En filmant ces cellules, les chercheurs ont constaté qu’elles projettent des extensions et se repoussent à chaque contact pour se tenir à distance. En parallèle, elles s’associent aux jonctions entre les cellules de la surface pour préparer leur intercalation. Les chercheurs ont confirmé par modélisation mathématique que ces deux comportements sont suffisants pour conférer une distribution régulière à une population de cellules désordonnée.
Les scientifiques ont ensuite établi que le couple formé par le ligand Scf, produit par les cellules de surface, et le récepteur Kit, exprimé par les cellules multiciliées, est nécessaire et suffisant au déploiement de ces deux propriétés. La version membranaire du ligand Scf assure l’ancrage aux jonctions cellulaires, pendant que la version soluble, qui baigne le tissu épidermique, est nécessaire à la répulsion entre cellules multiciliées.
Digressons un peu ! Par temps de Covid, si on demande à un groupe d’individus de se répartir dans un espace clos, ils se déplaceront pour se séparer, typiquement à distance de bras tendus, ou en se servant de repères visibles, tels que des carreaux au sol, tout comme le font les cellules chargées de défendre le têtard contre les infections. Il est fascinant de constater que l’auto-organisation des systèmes vivants, à l’échelle d’un groupe de cellules comme à celle d’un groupe d’individus, peut impliquer, face aux mêmes contraintes, des solutions simples et convergentes.
Figure : La distribution régulière des cellules multiciliées au sein de l’épiderme embryonnaire du xénope met en jeu deux propriétés, toutes deux contrôlées par le couple ligand/récepteur Scf/Kit. Dans ce modèle, la forme soluble du ligand Scf (s-Scf) formerait un complexe labile avec le récepteur Kit, stimulant son auto-phosphorylation et permettant l’émission de lamellipodes nécessaires au mouvement de retrait des cellules après un contact. La forme membranaire de Scf (mb-Scf), enrichie aux jonctions entre cellules de surface, formerait un complexe stable avec le récepteur, assurant la stabilisation des cellules multiciliées aux jonctions tricellulaires, en préparation à leur intercalation.
Pour en savoir plus :
The Scf/Kit pathway implements self-organised epithelial patterning.
Chuyen A, Rulquin C, Daian F, Thome V, Clement R, Kodjabachian L, Pasini A.
Developmental Cell 22 mars 2021. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.02.026
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