Les cellules travaillent 24 heures sur 24 pour fournir, maintenir et contrôler tous les aspects de la vie. Et tout comme pour les humains, la communication est la clé de leur succès.

Comment les cellules communiquent

Chaque processus biologique essentiel nécessite une forme de communication entre les cellules, non seulement avec leurs voisines mais aussi avec celles qui sont beaucoup plus éloignées. On sait actuellement que cet échange d’informations repose sur la diffusion de molécules de signalisation ou sur des relais de cellule à cellule.
Une équipe de recherche de la Graduate School of Medicine de l’université de Kyoto présente une nouvelle méthode de communication reposant sur des signaux « mécano-chimiques » pour contrôler le mouvement des cellules. Ce groupe de recherche s’est concentré sur une voie fondamentale – l’ERK – et a pu démontrer comment le mouvement d’une seule cellule pouvait déclencher une réaction en cascade entraînant la migration d’un collectif cellulaire.
« Les signaux mécaniques et biochimiques dans les cellules contrôlent fondamentalement tout, de l’homéostasie au développement, en passant par les maladies », explique Tsuyoshi Hirashima, responsable de cette étude. « Nous savions, grâce à des expériences antérieures, à quel point la voie ERK est vitale dans l’activité cellulaire, mais le mécanisme de sa propagation dans un collectif de cellules était incomplet ».
La voie ERK est si fondamentale qu’elle existe dans toutes les cellules, contrôlant un large éventail d’actions allant de la croissance et du développement à la mort cellulaire. Cette voie est activée lorsqu’une protéine réceptrice à la surface de la cellule se lie à une molécule de signalisation, ce qui entraîne une cascade de protéines et de réactions se propageant à l’intérieur de la cellule.

La voie ERK augmente quand une cellule se déplace

En utilisant une technique d’imagerie en direct qui permet de visualiser la voie ERK active d’une cellule, l’équipe a commencé à observer les effets du mouvement des cellules. Ce qu’ils ont découvert était inattendu : lorsqu’une cellule commençait à se déplacer, l’activité de la voie ERK augmentait, entraînant la contraction de cette cellule.
« Les cellules sont étroitement liées et emballées ensemble, donc quand une cellule commence à se contracter à partir de l’activation de l’ERK, elle attire ses voisines », explique Hirashima. Les cellules environnantes s’étendent alors, activant leur ERK, ce qui entraîne des contractions qui conduisent à une sorte de tiraillement qui se propage dans le mouvement de la colonie.
« Les chercheurs avaient précédemment proposé que les cellules s’étendent lorsque l’ERK est activé, nos résultats ont donc été assez surprenants. » L’équipe a intégré ces observations dans un modèle mathématique, combinant les régulations mécano-chimiques avec des paramètres quantitatifs. Les résultats ont montré une cohérence avec les données expérimentales.

Mieux comprendre des processus biologiques

« Notre travail montre clairement que le système de rétroaction mécano-chimique médiatisé par l’ERK génère des modèles multicellulaires complexes. Cela fournira une nouvelle base pour la compréhension de nombreux processus biologiques, y compris la réparation des tissus et la métastase des tumeurs cancéreuses », conclut  Hirashima.
Cette recherche a été publiée dans Developmental Cell.
Source : Kyoto University
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