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Paris, 25 mai

Division cellulaire, le Top "modèle" des cellules

La division est une étape clé de la vie des cellules qui met en jeu un très grand nombre d'acteurs moléculaires et une dynamique complexe. En collaborant, les biologistes du CNRS à l'Institut Curie et les physiciens théoriciens du Max Planck en Allemagne, ont développé un modèle théorique de la division cellulaire d'une grande valeur prédictive. Le recours aux micro-technologies permet d'étudier individuellement la division de cellules en fonction des variations de leur environnement. A partir de leurs observations sur un très grand nombre de cellules, les chercheurs décrivent un modèle théorique prédictif de l'orientation de la division cellulaire. Ce modèle, basé sur le calcul des forces qui s'exercent sur le fuseau mitotique à l'intérieur de la cellule, décrit dans la revue Nature du 24 mai 2007, rend compte du bon déroulement ou du dysfonctionnement de la division d'une cellule. Par ailleurs, ce modèle a permis de montrer que certaines configurations du microenvironnment sont capables d'induire la division asymétrique des cellules. Appliqué à des tissus, il permettra d'affiner le diagnostic en décrivant les dérèglements des divisions des cellules pathologiques.

La division est une étape essentielle de la vie de toute cellule : elle participe à la croissance de l'organisme, à la réparation de plaies ou d'infections et au renouvellement régulier des cellules. 250 000 millions de cellules sont en cours de division dans notre organisme à chaque instant. Chacune d'elle, dès sa formation, a une place bien déterminée. Ce positionnement très précis est indispensable pour maintenir la forme de nos tissus et de nos organes. Ce sont les contraintes induites par les autres cellules, l'environnement, qui influencent la division et le positionnement des cellules filles.

 

Manuel Théry dans l'équipe CNRS de Michel Bornens a développé une approche originale qu'il poursuit actuellement au Commissariat à l'Energie Atomique de Grenoble(1), pour étudier l'influence de l'espace et de ses contraintes sur la division des cellules et plus précisément d'une seule cellule : des « micro-pochoirs » qui imposent un même contour à la cellule tout en lui fournissant des zones d'adhésions différentes, comme si elle était entourée d'autres cellules. Cette micro-technologie permet de moduler l'environnement de la cellule et d'observer sa réponse. Les contraintes imposées reproduisent les informations spatiales qu'une cellule est susceptible de « sentir » au sein d'un tissu.

 

La collaboration entre l'équipe CNRS de Michel Bornens à l'Institut Curie, et celle de physique théorique de Frank Jülicher, directeur du Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems à Dresde en Allemagne, a abouti, grâce à cette micro-technologie, à une modélisation de la division cellulaire. Les mesures des orientations de milliers de divisions cellulaires leur ont permis de proposer un modèle mécanique de positionnement du fuseau mitotique, structure cellulaire éphémère présente uniquement au moment de la division cellulaire, basé sur l'activation de molécules « moteurs » à la surface de la cellule. Les moteurs, localisés au niveau des points de contact de la cellule avec son micro-environnement, tirent sur les microtubules astraux et orientent le fuseau. Ce mécanisme permet aux cellules d'accorder la position du plan de division avec la géométrie de leur environnement.

 

Les chercheurs montrent également que certaines configurations spatiales du microenvironnement cellulaire induisent des orientations asymétriques du fuseau. La division des cellules de façon symétrique ou non est primordiale dans le destin des cellules filles qui en sont issues. Ces résultats pourraient donc avoir des applications intéressantes dans le contrôle des divisions symétriques ou asymétriques des cellules souches in vitro.

 

Seul le recours aux micro-technologies comme les « micro-pochoirs » permet d'étudier la « sensibilité » individuelle d'une grande quantité de cellules pour en tirer des lois pouvant prédire la distribution des orientations de la division sans connaître le détail des mécanismes moléculaires impliqués. Ces lois sont opérationnelles dans un embryon ou un organisme qui se renouvelle. On peut donc espérer obtenir à terme une description de la mécanique en jeu pendant le développement. Cette mécanique pourrait être non seulement une conséquence mais un régulateur actif de la génétique mise en œuvre dans la croissance des tissus.

 

Il est donc désormais possible de mesurer la capacité d'une cellule à répondre à son environnement de façon quantifiée et précise mais aussi de repérer les cellules qui ont un comportement « anormal », comme les cellules cancéreuses. Ce modèle, lorsqu'il sera exploitable au niveau des tissus, pourra permettre aux médecins d'affiner le diagnostic en les renseignant sur les dérèglements de la division dans les cellules pathologiques.

 

Ces travaux illustrent par ailleurs l'intérêt du croisement des compétences : le rassemblement de chercheurs d'horizons différents, enjeu historique à l'Institut Curie, engendre un environnement dynamique et favorable à la créativité. L'une des grandes originalités de l'Institut Curie a notamment été de développer la collaboration entre physiciens et biologistes. Cette interface donne une autre vision du monde cellulaire extrêmement prometteuse pour comprendre la complexité du vivant.

 

division cellulaire image

© Manuel Théry/Institut Curie

En utilisant différentes formes de “ micro pochoirs ” (en rouge), les chercheurs observent comment s'orientent la division cellulaire (ligne en dessous avec en bleu, les chromosomes et en vert, les fibres de rétraction qui maintiennent la connexion entre le corps cellulaire et le « micro-pochoir »).
Ils constatent que la cellule répond de manière
adaptée à son environnement.

En multipliant les mesures sur l'orientation de la division cellulaire, ils ont ainsi pu proposer un modèle mécanique de positionnement du fuseau mitotique, structure cellulaire éphémère présente uniquement au moment de la division cellulaire.



Notes :

1) Manuel Théry est actuellement au Laboratoire Biopuces, au sein de l'Institut de Recherches en Technologies et Sciences pour le Vivant (iRTSV) du Commissariat à l'Energie Atomique de Grenoble.

Références :

« Experimental and theoretical study of mitotic spindle orientation »
Manuel Théry(1,2), Andrea Jiménez-Dalmaroni(3), Victor Racine(1), Michel Bornens(1,4), Frank Jülicher(3,4)
Nature, 24 mai 2007, vol. 447, p. 493-497

1) Institut Curie, CNRS UMR144, Compartimentation et Dynamique Cellulaire.
2) Commissariat à l'Energie Atomique, DSV, iRTSV, Laboratoire Biopuces.
3) Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, Dresde, Allemagne.
4) Collaboration financée par un contrat « Human Frontier Science Organization » dont le coordinateur est Michel Bornens.

Contacts :

Presse

Institut Curie
Céline Giustranti
T. 01 44 32 40 64
service.presse@curie.fr

CNRS
Cécile Pérol
T. 01 44 96 43 09
cecile.perol@cnrs-dir.fr


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