Sciences et Avenir

Fondamental

Biologie cellulaire

Par

Camille Gaubert

le 15.09.2020 à 10h47

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Le “flambage”, c’est une poussée qui crée une courbure, comme la perche du perchiste… Et comme, sans doute, les cellules embryonnaires lors de la gastrulation, la formation du tube digestif et ses nombreux replis. C’est la première fois que cette possibilité a été démontrée.

Une couche de cellules proliférant (en rose et vert), encapsulée dans une sphère creuse d’alginate (en bleu turquoise), s’invagine spontanément.
 

Un embryon qui “flambe”, loin d’être alarmant, serait un phénomène parfaitement normal. Pour former des tissus, il faut en effet que les cellules s’organisent sous une forme adéquate, avec bosses et invaginations. Le mécanisme par lequel naissent ces dernières était jusque-là du domaine de l’hypothétique : finalement, est ce que quelque chose pousse, ou est-ce qu’une autre se contracte ? C’est là qu’intervient le “flambage”, mécanisme impliquant la compression et finalement le pliage des couches de cellules à force de prolifération. D’après des travaux biologiques et de modélisation informatique de l’Université de Genève publiés dans Developmental Cell, le flambage pourrait être un des mécanismes à l’origine de ces invaginations.

La gastrulation est l’étape de développement qui crée le tube digestif au début de l’embryogenèse. “C’est l’invagination primordiale, qui définit pour tous les mammifères où est la bouche, où est l’anus, la gauche et la droite”, explique à Sciences et Avenir le Pr Aurélien Roux, biochimiste et directeur de ces nouveaux travaux. Pour que l’organe soit un jour fonctionnel, les cellules qui composent ce début de tube digestif doivent obtenir la forme adéquate, contournée et pleine de plis. Au 19e siècle, deux hypothèses sont avancées pour expliquer ce processus : soit elle est passive et résulte de la prolifération rapide des cellules, soit elle est active et les cellules se contractent à dessein.

Pour comprendre l’hypothèse “active”, imaginez un alignement de briques, collées les unes contre les autres. Si elles étaient rabotées à leur base, devenant plus étroites au sol, on obtiendrait une voute. Ce mécanisme est valable pour les couches de cellules adhérant les unes aux autres. En contractant – et donc raccourcissant – toutes la même face, elles forment une bosse ou une invagination : on appelle cela la contraction apicale. Mais ce mécanisme de contraction actif, s’il a été démontré, ne suffit pas à expliquer la gastrulation. “Comme elles sont locales et générées par un petit nombre de cellules, ces forces peuvent être trop faibles pour envahir profondément de grands tissus”, expliquent les chercheurs de l’Université de Genève dans leur publication. Ces derniers se penchent alors sur le mécanisme “passif”, appelé le “flambage”.

“Lorsqu’une feuille est posée sur une table et qu’on fait glisser ses extrémités l’une vers l’autre, ça forme un pli : c’est du flambage”, illustre le Pr Roux. Idem pour la forme courbe de la perche lorsque l’athlète s’appuie dessus. En somme, il s’agit d’une courbure naissant sous une pression. Dans le cas de nos cellules, il faut savoir qu’elles se multiplient dans un petit sac élastique, appelé la zone pellucide. Lorsque les cellules, qui adhèrent les unes aux autres sous forme de couches, se multiplient, elles finissent donc par en tapisser l’intégralité. Au-delà, elles sont forcées de s’invaginer pour tenir. Mais “cette belle hypothèse très intuitive n’avait jamais pu être démontrée”, pointe le Pr Roux, en raison de difficultés expérimentales. En appliquant une pointe de verre sur une cellule, on peut en effet mesurer la force (la poussée) qu’elle exerce, mais ça ne peut se faire que sur une cellule à la fois et ne mesure pas la pression interne. Pour remédier à ce problème, Aurélien Roux et son équipe ont passé six ans à développer un modèle biologique mimant la gastrulation de façon simplifiée. Il s’agissait d’une seule couche de cellules, qui proliféraient seules, contenues dans une sphère d’alginate pour mimer la zone pellucide.

“En mesurant la déformation de la sphère d’alginate, dont nous connaissions les paramètres d’élasticité et d’épaisseur, nous avons pu calculer la force imprimée par la multiplication des cellules grâce à une modèle mathématique développé par le Pr Karsten Kruse” et ses compétences en chimie et physique théorique, explique le Pr Roux. A l’aide d’un modèle informatique, l’équipe spécialiste en la matière du Pr Bastien Chopard a ensuite recréé la même expérience in silico afin d’estimer l’évolution de ces forces avec le temps et au niveau de chaque cellule. “Nous avons retrouvé le même comportement observé dans nos expériences in vivo !”, se réjouit le Pr Roux. Ainsi, à partir d’une centaine de cellules, ces dernières étaient forcées de former une invagination. La poussée des cellules était pourtant plus faible que les chercheurs ne l’auraient imaginé, de seulement 100 pascals, soit 1.000 fois moins que la pression atmosphérique. La pression nécessaire au flambage des couches cellulaires est “au moins cinq fois inférieure à celle requise pour entraver la prolifération cellulaire”, faisant de la prolifération “un puissant mécanisme de pliage de l’épithélium”, conclut l’équipe dans la publication.

Les cellules (en vert et rouge) tapissent la sphère d’alginate (en bleu turquoise) et finissent par s’invaginer pour pouvoir continuer à adhérer les unes aux autres dans un espace contraint : c’est le flambage. Crédits : Aurélien Roux.

Le flambage est donc possible dans les conditions physiologiques, et cadrerait bien avec le développement embryonnaire. “Cette approche interdisciplinaire que nous avons mise en place entre la biologie et l’informatique, qui a demandé maints allers et retours pour mimer au mieux la biologie, a permis de démontrer une hypothèse qui date d’il y a plus d’un siècle avec une mesure plus précise, quantitative et robuste qu’avec la seule biologie”, se félicite le Pr Roux. Il précise cependant que ces travaux ne démontrent pas que le flambage est à l’œuvre lors de la gastrulation, mais seulement qu’il s’agit d’une hypothèse tout à fait cohérente avec ce qui est observé. Il ne s’agit pas non plus d’affirmer que le flambage serait la seule stratégie en jeu. “Il est très probable qu’il y ait plusieurs mécanismes simultanément à l’œuvre, la contraction apicale, le “flambage” et d’autres”, confirme le chercheur. Pour la suite de l’histoire, il faudra se tourner vers les embryologistes, auxquels l’équipe sait que ces nouvelles données chiffrées seront précieuses.

Un embryon qui “flambe”, loin d’être alarmant, serait un phénomène parfaitement normal. Pour former des tissus, il faut en effet que les cellules s’organisent sous une forme adéquate, avec bosses et invaginations. Le mécanisme par lequel naissent ces dernières était jusque-là du domaine de l’hypothétique : finalement, est ce que quelque chose pousse, ou est-ce qu’une autre se contracte ? C’est là qu’intervient le “flambage”, mécanisme impliquant la compression et finalement le pliage des couches de cellules à force de prolifération. D’après des travaux biologiques et de modélisation informatique de l’Université de Genève publiés dans Developmental Cell, le flambage pourrait être un des mécanismes à l’origine de ces invaginations.

La gastrulation est le nom donné aux premières formations cellulaires destinées à devenir le tube digestif lors du début de l’embryogenèse. “C’est l’invagination primordiale, qui définit pour tous les mammifères où est la bouche, où est l’anus, la gauche et la droite”, explique à Sciences et Avenir le Pr Aurélien Roux, biochimiste et directeur de ces nouveaux travaux. Pour que l’organe soit un jour fonctionnel, les cellules qui composent ce début de tube digestif doivent obtenir la forme adéquate, contournée et pleine de plis. Au 19e siècle, deux hypothèses sont avancées pour expliquer ce processus : soit elle est passive et résulte de la prolifération rapide des cellules, soit elle est active et les cellules se contractent à dessein.

Pour comprendre l’hypothèse “active”, imaginez un alignement de briques, collées les unes contre les autres. Si elles étaient rabotées à leur base, devenant plus étroites au sol, on obtiendrait une voute. Ce mécanisme est valable pour les couches de cellules adhérant les unes aux autres. En contractant – et donc raccourcissant – toutes la même face, elles forment une bosse ou une invagination : on appelle cela la contraction apicale. Mais ce mécanisme de contraction actif, s’il a été démontré, ne suffit pas à expliquer la gastrulation. “Comme elles sont locales et générées par un petit nombre de cellules, ces forces peuvent être trop faibles pour envahir profondément de grands tissus”, expliquent les chercheurs de l’Université de Genève dans leur publication. Ces derniers se penchent alors sur le mécanisme “passif”, appelé le “flambage”.

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Source: https://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/biologie-cellulaire/les-embryons-de-mammiferes-pourraient-bien-se-former-en-flambant_147397

Embryo, Cell, Biology

World news – CA – Les embryons de mammifères pourraient bien se former en “flambant”

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