CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique
Liens utiles CNRSLe CNRSAnnuairesMots-Clefs du CNRSAutres sites
Accueil Sciences du vivant - Centre National de la recherche scientifiqueAccueil Sciences du vivant - Centre National de la recherche scientifique
  Accueil > La recherche en sciences du vivant > Parutions > Comment une cellule développe sa forme

sur ce site :

Parutions

 

Comment une cellule développe sa forme

 

Nos cellules possèdent des formes très diverses qui sont souvent essentielles pour leur fonctions. L’une des questions essentielles en biologie est de comprendre comment une cellule définit et maintient sa forme. Un travail pluridisciplinaire, publié dans la revue Developmental Cell, apporte une série de réponses nouvelles à cette question clé et démontre qu'un couplage entre biochimie et biomécanique de la cellule est au cœur des changements de formes cellulaires. Ce travail qui est le fruit d’une collaboration entre l’équipe d’Arezki Boudaoud au laboratoire  Reproduction et développement des plantes (CNRS/ENS Lyon/INRA/Université de Lyon 1) et l’équipe de Nicolas Minc à l’Institut Jacques Monod (CNRS/Université Paris Diderot) porte sur le développement de spores chez la levure fissipare.

 

Nos cellules possèdent des formes très diverses qui sont souvent essentielles pour leur fonctions. Par exemple, nos neurones croissent dans des directions polarisées, formant de longs filaments nécessaires à la propagation de l’information nerveuse. Les cellules épithéliales qui composent l’enveloppe de nos organes, ont en revanche, des formes cubiques, rectangulaires ou aplaties, qui leur permettent d’assembler une barrière compacte protégeant les compartiments internes. De manière assez peu surprenante, de nombreuses maladies ont été associées à des défauts de forme ou d’organisation spatiale cellulaire. Les cellules métastatiques dans la plupart des cancers sont, par exemple, caractérisées par des changements drastiques de forme et de modes de migration qui leur permettent de naviguer vers des tissus secondaires. La drépanocytose est typiquement caractérisée par des anomalies de forme des globules rouges. De nombreuses formes de polykystose rénale sont associées à des défauts morphogénétiques de cellules épithéliales. L’une des questions essentielles en biologie, qui a attiré l’attention de nombreuses générations de chercheurs, est de comprendre comment une cellule définit et maintient sa forme.


Un travail pluridisciplinaire, publié dans la revue Developmental Cell, apporte une série de réponses nouvelles à cette question clé et démontre qu'un couplage entre biochimie et biomécanique de la cellule est au cœur des changements de forme cellulaire. Ce travail qui est le fruit d’une collaboration entre l’équipe d’Arezki Boudaoud à l’ENS Lyon, et l’équipe de Nicolas Minc à l’Institut Jacques Monod, porte sur le développement de spores chez la levure fissipare. Cette levure, de taille micrométrique, est un excellent modèle pour approcher les questions de forme et d’organisation spatiale, car elle grandit en forme de bâtonnet et se divise exactement au milieu. De plus, la génétique permet de créer des mutants qui ont des formes anormales, apportant une information précieuse sur le contrôle moléculaire de la forme cellulaire. Certains mutants sont ronds, d’autres tordus, ou encore forment des branches perpendiculaires à l’axe principale. Lorsque les nutriments viennent à manquer, ces cellules se transforment en  spores, comme le font les champignons ou les bactéries. Les spores sont rondes, symétriques et dormantes, et revêtues d’une coquille très rigide qui leur permet de résister à des conditions drastiques pendant des semaines ou des années.


Dans cette étude, les auteurs filment ces spores pour observer comment elles se réveillent, grandissent et adoptent la forme en bâtonnets des cellules de levures. De manière assez surprenante, les spores grandissent en gardant leur forme ronde pendant plusieurs heures, avant de briser leur symétrie et de commencer à grandir le long d’un axe fixe. En regardant comment les composants moléculaires s’organisent à l’intérieur de la spore ; les auteurs montrent que celle-ci définit en fait très tôt une direction polarisée de croissance, en concentrant les facteurs de polarité à un endroit de la surface de la spore. Néanmoins, elles n’arrivent pas à grandir à cause de la coquille externe qui agit comme une barrière mécanique. Les facteurs de polarité se désassemblent alors, puis se réassemblent autre part dans une dynamique d’essais/erreurs. Lorsque la spore a assez grandi, la coquille casse finalement sous l’effet de la contrainte mécanique et la polarité se stabilise, permettant la définition de l’axe de croissance des cellules. Cette cassure et la stabilisation de la polarité sont liées car lorsque la coquille est cassée à l’aide d’un laser, l’axe de polarité est immédiatement stabilisé. Les auteurs mettent au point des simulations numériques qui leur permettent de reproduire la morphogénèse de ces spores. Ils déduisent de cette approche expérimentale et théorique  un nouveau principe général qui implique un couplage entre croissance et polarité. Cette notion peut avoir un impact fort sur la compréhension des maladies car une cellule qui croît lentement aurait tendance à éparpiller les facteurs de polarités autour de sa périphérie et à amplifier les défauts de morphogénèse et de comportement. Au sein d’un tissu, on peut imaginer qu’une cellule se retrouve confinée ou n’ait pas accès à suffisamment de nutriments, ce qui pourrait via ce nouveau principe induire des défauts de migration ou de division et entrainer des effets délétères à la fonction de nos tissus ou organes. 

 


Figure : A- Images de microscopie confocale de spores de levures à différents instants de leur développement, illustrant les changement de formes, de tailles et d’organisation internes marquant les étapes de l'éveil des spores germinantes. Le marquage rouge  vient de protéines fluorescentes rouges attachées à une protéine de la membrane plasmique (mRFP-psy1); le marquage vert vient de protéines fluorescentes vertes attachées à la tubuline assemblée sous forme de long filaments appelés microtubules (tub-GFP); et à la surface du noyau (cut11-GFP).

 

 

En savoir plus

  • Symmetry Breaking in Spore Germination Relies on an Interplay between Polar Cap Stability and Spore Wall Mechanics, Daria Bonazzi, Jean-Daniel Julien, Maryse Romao, Rima Seddiki, Matthieu Piel, Arezki Boudaoudsend, Nicolas Minc, Developmental Cell (2014), doi : 10.1016/j.devcel.2014.01.023


Contact chercheurs

  • Nicolas Minc

     Institut Jacques Monod (IJM)
    UNIVERSITE PARIS DIDEROT PARIS 7
    Bâtiment Buffon
    15 rue Hélène Brion
    75205 PARIS CEDEX 13

 

Accueil du Sitecontactimprimer Plan du sitecredits