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Des noyaux de cellules cancéreuses déformés
Difficile pour un biologiste de croire à une image qui montre le noyau d’une cellule vivante totalement déformé. C’est pourtant l’image qu’une équipe de l’Institut de science des matériaux de Mulhouse (IS2M-CNRS/Université de Haute-Alsace), emmenée par Karine Anselme, a produite dans des travaux menés sur le comportement de cellules cancéreuses vis-à-vis de matériauxmodèles microstructurés. Après de premiers résultats parus en 2009 dans la revue Advanced Materials(*), l’équipe va plus loin avec des travaux parus dans la revue Biomaterials(**) d’avril 2013 qui décrivent la manière dont ces noyaux de cellule se déforment.
L’équipe mulhousienne s’intéresse en effet au comportement des cellules humaines vis-à-vis de matériaux susceptibles d’être implantés chez l’homme et plus particulièrement à la manière dont les cellules identifient et réagissent à la topographie de surface de ces matériaux. L’un de leur matériau d’étude présente des caractéristiques particulières à sa surface : elle est composée d’alignements de piliers de taille micrométrique.
En 2009, en déposant les cellules cancéreuses humaines sur cette surface, les chercheurs mulhousiens observent pour la première fois un noyau déformé(*). En effet, jusqu’alors, les déformations cellulaires observées sur ces surfaces impliquaient essentiellement la membrane cellulaire et le cytoplasme mais jamais le noyau cellulaire de manière aussi significative. Ces résultats surprenants ne sont néanmoins pas contre-intuitifs : la capacité de déformation du noyau est probablement liée à la capacité d’invasion des cellules cancéreuses lors du processus de métastase. En effet, lorsque ces cellules quittent la tumeur, elles doivent traverser des tissus tels que la paroi des vaisseaux sanguins ; ce qui leur impose des déformations considérables.
Observation par microscopie électronique à balayage de surfaces composées de piliers et ici, de 3 cellules déformées. © IS2M
Observation de la déformation d’une cellule. Le noyau est en bleu © IS2M
Dans l’étude paraissant ce mois-ci(**), l’équipe de Karine Anselme, sur la base des travaux de Florent Badiqué, doctorant à l’IS2M, a décrypté les conditions de ces déformations en comparant le comportement de différentes cellules cancéreuses humaines sur des surfaces composées de piliers de natures chimiques, topographiques et mécaniques variables. Des déformations ont été constatées dans tous les cas mais avec des amplitudes différentes. De plus, les chercheurs ont effectué des mesures, en collaboration avec une équipe du Karlsruhe Institute of Technology, pour évaluer si ces différences pouvaient être dues à une rigidité différentes des cellules. Il est apparu que les cellules les plus déformables étaient les plus rigides, ceci étant lié à la présence d’un nombre plus important de fibres du cytosquelette entourant le noyau(1). Grâce à un microscope confocal droit, ils ont observé l’organisation des différents éléments du cytosquelette (filaments d’actine, microtubules, filaments intermédiaires) à l’intérieur des cellules déformées entre les piliers. Il apparait ainsi que les cellules les plus déformables présentent un réseau de filaments d’actine plus dense. Les différentes cellules testées présentent des réseaux de microtubules et de filaments intermédiaires plus ou moins denses. Les éléments constituant le cytosquelette semblent donc déterminants pour cette déformation nucléaire inédite. La prochaine étape de ces recherches sera de déterminer leurs rôles relatifs grâce à l’utilisation d’inhibiteurs du cytosquelette.
Une meilleure compréhension des mécanismes intracellulaires à la base de cette déformation ouvre la voie à des recherches de facteurs inhibiteurs utilisables comme agents anti-métastatiques. De plus, ces recherches permettent également d’envisager le développement de test rapide d’invasion métastatique par la mesure de la déformation nucléaire.
(1) Une cellule est composée d’une membrane entourant le cytoplasme (liquide intracellulaire) dans lequel se trouve le noyau (contenant le matériel génétique) et d’autres organites. Le noyau est relié à la membrane cellulaire par un réseau de fibres qui forment le cytosquelette et qui est lui-même extrêmement dynamique. Le cytosquelette, qui est essentiel pour l’adhésion et la migration des cellules, est composé de trois types de filaments : les filaments d’actine, les microtubules et les filaments intermédiaires.
Référence
(*) P. M. Davidson, H. Özçelik, V. Hasirci, G. Reiter, K. Anselme,
Micro-structured surfaces cause deformation of the cell nucleus without killing cells.
Advanced Materials, 21 (35), 3586-3590 (2009).
P. M. Davidson, O. Fromigue, P.J. Marie, V. Hasirci, G. Reiter, K. Anselme,
Topographically induced self-deformation of the nuclei of cells: dependence on cell type and proposed mechanisms
Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 31 (3) 939-946 (2010).
(**) F. Badique, D.R. Stamov, P. M. Davidson, M. Veuillet, G. Reiter, J. Freund, C.M. Franz, K. Anselme,
Directing nuclear deformation on micropillared surfaces by substrate geometry and cytoskeleton organization
Biomaterials avril 2013, DOI:10.1016/j.biomaterials.2013.01.018
Contact chercheur
Karine Anselme, Institut de science des matériaux de Mulhouse,
Courriel : karine.anselme@uha.fr
Tél : 03 89 68 87 98
Site du laboratoire
Contacts institut
Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken
29 avril 2013
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