Quel est le point commun entre un sarcome et des cristaux liquides ?
Réponse : leur organisation dans l’espace. En effet, les cellules allongées du sarcome s’orientent parallèlement les unes aux autres, tout comme les molécules d’un cristal liquide. De manière surprenante, les physiciens de l’équipe de Pascal Silberzan ont montré que ces populations cellulaires évitent les régimes chaotiques.
Fibroblastes confinés dans un disque En confinant ces cellules allongées dans des domaines circulaires bien définis (ici le diamètre est de 350 µm), elles ont tendance à s’aligner entre elles et le…
Dans de nombreuses situations, les cellules vivent en groupes, fonctionnent en collectivités... De plus, très souvent (par exemple, lors du développement embryonnaire ou aux premiers stades de l’évolution d’une tumeur), il s’agit de petites populations confinées par leur microenvironnement. Ce confinement crée des conditions qui contrôlent largement le comportement supracellulaire.
Cette organisation collective des cellules est au cœur des recherches alliant physique et biologie de l’équipe de Pascal Silberzan (CNRS/UPMC/Institut Curie). Leurs derniers travaux portent sur l’organisation supracellulaire de cellules allongées, dites fusiformes, que l’on rencontre dans de nombreux tissus et également dans certains sarcomes, un cancer qui touche chaque année 4000 personnes, enfants et adultes, en France. « Les cellules fusiformes s’alignent entre elles comme le font – à une toute autre échelle – les molécules de cristaux liquides dans une phase bien connue dite nématique qui est celle que l’on rencontre dans la plupart des afficheurs à cristaux liquides» note le chercheur. Il n’en fallait pas plus pour amener nos biophysiciens à décrire ces cellules comme une phase nématiques active dans laquelle les cellules restent animées d’un mouvement propre. Ces nématiques actifs sont connus pour être généralement animés de mouvements chaotiques. Qu’en est-il chez les cellules ?
Quand la physique des cristaux liquides revisite le monde cellulaire
Pour le savoir, la première étape a consisté à reproduire cette organisation in vitro. Puis en « bons » physiciens, et en collaboration avec des théoriciens du groupe de Jean-François Joanny, ils ont analysé cette organisation en s’inspirant du formalisme des cristaux liquides et en utilisant l’idée classique que les défauts d’organisation sont des marqueurs de l’organisation microscopique. Ainsi, en confinant les cellules dans des domaines circulaires bien définis, il se crée systématiquement deux défauts d’alignement sur un diamètre, comme ce serait le cas avec des nématiques « classiques ». « La position de ces défauts nous indique que l’activité des cellules à ce stade est faible » souligne Guillaume Duclos, étudiant en thèse au moment de l’étude. C’est-à-dire que les mouvements cellulaires sont beaucoup moins chaotiques que ce qui est observé avec d’autres nématiques actifs. Pourquoi une telle différence ? A cause de la friction entre les cellules et leur substrat. « Bien qu’actives, les cellules restent largement sous le contrôle de leur interaction avec le substrat, ce qui prévient des comportements collectifs trop désordonnés » décrivent Pascal Silberzan et Jean-François Joanny. Ces résultats éclairent d’un jour nouveau le comportement et la dynamique des tissus à base de cellules fusiformes et notamment des sarcomes.
Topological defects in confined populations of spindle-shaped cells
Guillaume Duclos, Christoph Erlenkämper, Jean-François Joanny, Pascal Silberzan
Nature Physics, DOI 10.1038/nphys3876, epub 12 September 2016