Illustration de cellules cancéreuses.
Avec l’aide des meilleures pinces du monde, une équipe de chercheurs de l’Université de Copenhague a jeté un nouvel éclairage sur un mécanisme fondamental de toutes les cellules vivantes qui les aide à explorer leur environnement et même à envahir les tissus. Leur découverte pourrait avoir des implications pour la recherche sur le cancer, les troubles neurologiques, et bien d’autres choses encore.
À l’aide de tentacules semblables à ceux d’une pieuvre, une cellule pousse vers sa cible, une bactérie, comme un prédateur traquant sa proie. La scène pourrait se dérouler dans une émission sur la nature. Au contraire, la poursuite est observée à l’échelle nanométrique grâce à un microscope de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague. L’enregistrement au microscope montre une cellule immunitaire humaine poursuivant puis dévorant une bactérie.
Grâce à leur nouvelle étude, une équipe de chercheurs danois a permis de mieux comprendre comment les cellules utilisent des tentacules semblables à des pieuvres, appelées filopodes, pour se déplacer dans notre corps. Cette découverte sur la façon dont les cellules se déplacent n’avait jamais été abordée. L’étude est publiée aujourd’hui (28 mars 2022) dans le célèbre journal, Nature Communications.
“Bien que la cellule n’ait pas d’yeux ou d’odorat, sa surface est équipée de filopodes ultraminces qui ressemblent à des tentacules de pieuvre enchevêtrées. Ces filopodes aident la cellule à se déplacer vers une bactérie et, en même temps, agissent comme des capteurs sensoriels qui identifient la bactérie comme une proie”, explique le professeur associé Poul Martin Bendix, chef du laboratoire de biophysique expérimentale de l’Institut Niels Bohr.
La fonction mécanique des filopodes peut être comparée à celle d’un élastique. Sans être tordu, un élastique n’a aucune puissance. Mais si vous le tordez, il se contracte. Cette combinaison de torsion et de contraction aide une cellule à se déplacer dans une direction et rend les filopodes très flexibles. Le mécanisme découvert par les chercheurs danois semble se retrouver dans toutes les cellules vivantes. Outre les cellules cancéreuses, il est également pertinent d’étudier l’importance des filopodes dans d’autres types de cellules, comme les cellules souches embryonnaires et les cellules du cerveau, qui dépendent fortement des filopodes pour leur développement. Crédit : Institut Niels Bohr / Université de Copenhague
La découverte ne porte pas sur le fait que les filopodes agissent comme des dispositifs sensoriels – ce qui était déjà bien établi – mais plutôt sur la façon dont ils peuvent tourner et se comporter mécaniquement, ce qui aide une cellule à se déplacer, comme lorsqu’une cellule cancéreuse envahit un nouveau tissu.
“Il est évident que nos résultats intéressent les chercheurs en cancérologie. Les cellules cancéreuses sont connues pour être très invasives. Et il est raisonnable de penser qu’elles sont particulièrement dépendantes de l’efficacité de leurs filopodes, en termes d’examen de leur environnement et de facilitation de leur propagation. Il est donc concevable qu’en trouvant des moyens d’inhiber les filopodes des cellules cancéreuses, la croissance du cancer puisse être stoppée”, explique le professeur associé Poul Martin Bendix.
C’est pourquoi des chercheurs du centre de recherche de la société danoise du cancer font partie de l’équipe à l’origine de cette découverte. Les chercheurs en cancérologie s’intéressent notamment à la question de savoir si l’arrêt de la production de certaines protéines peut inhiber les mécanismes de transport qui sont importants pour les filopodes des cellules cancéreuses.
Le moteur et le chalumeau de la cellule
Selon Poul Martin Bendix, la fonction mécanique des filopodes peut être comparée à celle d’un élastique. Sans être tordu, un élastique n’a aucune puissance. Mais si vous le tordez, il se contracte. Cette combinaison de torsion et de contraction aide une cellule à se déplacer dans une direction et rend les filopodes très flexibles.
“Ils sont capables de se plier – de se tordre, si vous voulez – d’une manière qui leur permet d’explorer tout l’espace autour de la cellule, et ils peuvent même pénétrer dans les tissus de leur environnement”, explique l’auteur principal, Natascha Leijnse.
Le mécanisme découvert par les chercheurs danois semble se retrouver dans toutes les cellules vivantes. Outre les cellules cancéreuses, il est également pertinent d’étudier l’importance des filopodes dans d’autres types de cellules, comme les cellules souches embryonnaires et les cellules cérébrales, qui dépendent fortement des filopodes pour leur développement.
Étudier les cellules avec la meilleure pince à épiler du monde
Le projet a nécessité une collaboration interdisciplinaire à l’Institut Niels Bohr, où le professeur associé Amin Doostmohammadi, qui dirige un groupe de recherche qui simule les matériaux biologiquement actifs, a contribué à la modélisation du comportement des filopodes.
“Il est très intéressant qu’Amin Doostmohammadi ait pu simuler les mouvements mécaniques dont nous avons été témoins au microscope,complètement indépendant des détails chimiques et biologiques”, explique Poul Martin Bendix.
La principale raison pour laquelle l’équipe a réussi à être la première à décrire le comportement mécanique des filopodes est que l’INB dispose d’un équipement unique pour ce type d’expérience, ainsi que de chercheurs qualifiés ayant une grande expérience du travail avec des pinces optiques. Lorsqu’un objet est extraordinairement petit, il devient impossible de le tenir mécaniquement. Il est toutefois possible de le tenir et de le déplacer à l’aide d’un faisceau laser dont la longueur d’onde est soigneusement calibrée pour l’objet étudié. C’est ce qu’on appelle des pinces optiques.
“Au NBI, nous disposons de certaines des meilleures pinces optiques au monde pour les études biomécaniques. Les expériences nécessitent l’utilisation de plusieurs pinces optiques et le déploiement simultané de la microscopie ultrafine”, explique Poul Martin Bendix.
Référence : “Les filopodes tournent et s’enroulent en générant activement une torsion dans leur arbre d’actine” 28 mars 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28961-x
Younes Barooji, scientifique technique de l’INB, a dirigé l’étude aux côtés de Poul Martin Bendix et du professeur adjoint Natascha Leijnse. L’article sur les filopodias cellulaires est publié aujourd’hui dans Nature Communications.
