Contrairement à ce que les manuels scolaires affirment depuis plus d'un siècle, la division cellulaire ne suit pas toujours le même schéma. Des chercheurs viennent de démontrer que les cellules peuvent se diviser de manière asymétrique, bouleversant ainsi les bases de la biologie enseignée.Cette découverte, publiée dans Science, révèle que le processus de division n'implique pas systématiquement une forme sphérique. Les cellules adoptent des comportements bien plus variés, influencés par leur morphologie initiale.
La forme des cellules, un facteur clé de la division asymétrique
Les observations montrent que les cellules courtes et larges tendent à s'arrondir avant de se scinder en deux cellules identiques. En revanche, les cellules allongées conservent leur forme et produisent des cellules filles de tailles et fonctions distinctes.
Cette asymétrie, autrefois associée uniquement aux cellules souches, jouerait un rôle essentiel dans la formation des tissus et organes. Les chercheurs ont constaté ce phénomène chez des cellules endothéliales de poissons-zèbres, essentielles pour la croissance des vaisseaux sanguins.
En laboratoire, l'équipe a reproduit ces divisions asymétriques en modifiant artificiellement la forme de cellules humaines. Cette approche, nommée "micropatterning", confirme que la morphologie parentale détermine le type de division
.
Les changements de forme des cellules avant la division influencent la façon dont elles se divisent. Lorsqu'une cellule s'allonge, par exemple en se déplaçant ou sur un support structuré, elle adopte un mode de division dit isomorphe. Dans ce mode, elle conserve ses asymétries de forme et de contenu pendant toute la mitose. Cela lie directement la forme en interphase au déclenchement d'une division cellulaire symétrique.
Des implications majeures en médecine et recherche
Ces résultats pourraient éclairer les mécanismes de progression du cancer, où des divisions asymétriques favoriseraient la dissémination des cellules tumorales. Ils ouvrent aussi des pistes en médecine régénérative, en permettant de mieux contrôler la différenciation cellulaire.
La technique utilisée, basée sur un laser UV, offre une précision inédite pour manipuler les formes cellulaires. Cette avancée pourrait aider à concevoir des thérapies ciblées, en orientant le devenir des cellules filles.
Les chercheurs envisagent désormais d'étudier d'autres types cellulaires, afin de déterminer l'étendue de ce phénomène. Une révision des manuels scolaires semble inévitable.
La morphologie cellulaire interphase définit le mode, la symétrie et le résultat de la mitose
Résumé de l’éditeur
Au fur et à mesure que les tissus s’assemblent, les changements de forme dynamiques qui définissent leur forme coïncident avec les divisions cellulaires asymétriques qui génèrent la diversité cellulaire. Lovegrove et al. A utilisé des analyses morphométriques de la formation des tissus dans de multiples contextes, y compris le poisson zèbre, les vaisseaux sanguins humains et de souris et le développement de la crête neurale, constatant que ces événements morphogénétiques sont fondamentalement co-dépendants. Changements distincts dans les cellules de forme inversée vers un mode de division dit « isomorphe », qui préserve la forme prémitotique et la distribution inégale des déterminants identitaires tout au long de la division. Cet interrupteur, qui évite l’arrondi cellulaire habituel associé à la division, brise la symétrie et crée des cellules filles qui adoptent des identités disparates. Ainsi, le changement de forme sculpte l’architecture tissulaire et ajuste le mode, la symétrie et le résultat de la division cellulaire pour orienter les décisions identitaires conduisant à la construction des tissus. —Stella M. Hurtley
Résumé structuré
INTRODUCTION
La formation des tissus nécessite la coordination concertée de divers processus cellulaires. Par exemple, les changements majeurs dans la forme cellulaire qui définissent l’architecture tissulaire se produisent souvent en même temps que les divisions cellulaires asymétriques qui génèrent l’hétérogénéité tissulaire. Le couplage spatio-temporel serré d’événements morphogénétiques distincts est donc essentiel pour obtenir un assemblage tissulaire robuste.
JUSTIFICATION
En plus de sculpter la forme des tissus, le remodelage de la forme cellulaire joue également un rôle fondamental dans le contrôle de la division cellulaire. Lors de l’entrée des mitotiques, les cellules métazoaires adoptent généralement une forme sphérique à la suite de la réorganisation globale du cytosquelette interphase. Cet arrondi mitotique favorise à la fois la ségrégation haute fidélité du matériel génétique et la génération de filles de taille égale qui répartissent symétriquement la plupart des composants cellulaires non génétiques. Ainsi, la modulation de l’arrondi mitotique représenterait un moyen élégant de faire passer les cellules d’un résultat de division symétrique à un résultat de division asymétrique. Cependant, il n’est pas clair si les cellules ont la capacité d’ajuster l’étendue de leur arrondi mitotique et comment cela influencerait la symétrie mitotique et/ou l’identité fille. De plus, la question de savoir si les changements antérieurs dans la morphologie cellulaire interphase ont un impact sur l’étendue du remodelage de la forme mitotique ou la symétrie de la division reste inexplorée. Nous avons émis l’hypothèse que, si les changements dans la morphologie cellulaire interphase peuvent effectivement affecter le remodelage de la forme mitotique, cela pourrait expliquer le couplage étroit du changement de forme morphogénétique avec les commutateurs de symétrie de division observés lors de la construction tissulaire.
RÉSULTATS
Pour étudier la codépendance de l’interphase et de la dynamique de la forme des cellules mitotiques, nous avons exploité des analyses morphométriques unicellulaires de la formation tissulaire dans de multiples contextes, y compris le développement des vaisseaux sanguins et de la crête neurale. Ces analyses ont révélé que les changements stéréotypés dans la morphologie cellulaire pré-mitotique agissent comme des indices instructifs conservés qui ajustent le mode, la symétrie et le résultat de la mitose. Nous avons identifié que des changements distincts dans la morphologie cellulaire de type mésenchymateux font passer les cellules à un mode de division « isomorphe », qui échappe de manière inhabituelle à l’arrondi mitotique et préserve la morphologie cellulaire pré-mitotique tout au long de la division. En utilisant une combinaison d’outils de micropatterning et d’imagerie en direct in vivo, nous avons révélé que la préservation des asymétries dans la morphologie cellulaire interphase pendant la division entraînait également le maintien de distributions asymétriques des facteurs de signalisation clés. Plus précisément, nous avons constaté que lors des divisions isomorphes, les endosomes de recyclage positifs à Rab4 et leur cargaison déterminante pour le destin étaient hérités de manière asymétrique, générant ainsi des filles d’identités différentes.
CONCLUSION
Ces observations ont révélé que la modulation dynamique de l’étendue de l’arrondi mitotique était un déclencheur jusqu’alors inconnu de la division cellulaire asymétrique. Contrairement à la vision actuelle, ces données suggèrent que l’arrondi des cellules mitotiques est loin d’être une caractéristique universelle de la division cellulaire de type mésenchymateux et est souvent élégamment ajusté par la morphologie des cellules pré-mitotiques. De plus, nous avons identifié que les cellules exploitent ce phénomène pour coupler fonctionnellement les changements de forme interphase à l’induction d’identités et de comportements cellulaires filles distincts, dirigeant ainsi l’assemblage des tissus. Ainsi, le changement de forme morphogénétique des cellules sculpte non seulement la forme des tissus, mais génère également la diversité cellulaire qui sous-tend la construction des tissus. Étant donné que la plupart des cellules de type mésenchymateux présentent une dynamique de forme équivalente lors du remodelage tissulaire, y compris les cellules cancéreuses métastatiques, les indices instructifs codés dans la morphologie interphase sont probablement un modulateur sous-estimé et conservé de la symétrie mitotique et de l’hétérogénéité de l’état cellulaire dans divers contextes tissulaires.
Abstrait
Au cours de la formation des tissus, les changements dynamiques de forme des cellules entraînent la morphogenèse tandis que les divisions asymétriques créent une diversité cellulaire. Nous avons constaté que les changements dans la morphologie cellulaire qui façonnent les tissus pourraient agir de manière concomitante comme des signaux instructifs conservés qui déclenchent une division asymétrique et dirigent les décisions d’identité centrale sous-jacentes à la construction des tissus. Nous avons effectué des analyses morphométriques unicellulaires de cellules endothéliales et d’autres cellules de type mésenchymateux. Des changements morphologiques distincts ont fait passer les cellules à un mode de division « isomorphe », qui a préservé la morphologie pré-mitotique tout au long de la mitose. Dans les divisions isomorphes, la morphologie interphase semblait fournir un code géométrique définissant la symétrie mitotique, le partitionnement déterminant du destin et l’état fille. Les endosomes positifs à Rab4 ont reconnu ce code, ce qui leur a permis de répondre à la morphologie pré-mitotique et de séparer les déterminants en conséquence. Ainsi, le changement de forme morphogénétique sculpte la forme des tissus tout en générant une hétérogénéité cellulaire, favorisant ainsi l’assemblage des tissus.
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