Un tableau de bord pour étudier le déplacement des cellules
Les cellules individuelles se déplacent in vivo dans des environnements 3D complexes. Leur mouvement se produit à force nulle et nécessite une brisure de symétrie. Dans cette étude à l’interface entre la physique et la biologie publiée dans la revue eLife, les scientifiques s’intéressent à comprendre l’origine de la brisure de symétrie. Ils montrent qu’il existe un déphasage entre des dipôles de forces de part et d’autre du noyau, ce qui permet l’avancée des cellules dans une ‘forêt’ de fibres. Ces travaux, intégrant expériences et théorie, apportent un tableau de bord qui indique les données essentielles pour comprendre le mouvement des cellules. Ils ouvrent des perspectives inédites pour la compréhension des déplacements cellulaires dans des contextes physiologiques et pathologiques.
Purcell a proposé dans un article de 1977 que le mouvement à bas nombre de Reynolds requière des règles incontournables : dans un monde sans inertie, la brisure de symétrie doit être inhérente aux objets mobiles. Cette loi fondamentale qui concerne tous les objets mobiles de taille sub-micrométrique est cependant peu comprise expérimentalement.
Dans cet article, les chercheurs mettent en lumière l’origine de la brisure de symétrie dans le déplacement cellulaire, en plaçant des cellules individuelles dans une matrice 3D proches des matrices physiologiques. Grâce à ce dispositif, ils observent les acteurs majeurs de déplacement : les contacts focaux, les cytosquelettes d’acto-myosine et les microtubules, en corrélation avec les déplacements de la matrice extracellulaire. Les résultats montrent que les cellules ne se déplacent que s’il existe un déphasage persistant entre les contractions de part et d’autre du noyau.
Pour aller plus loin dans l’analyse, ils ont identifié les paramètres à mesurer et ont ainsi déterminé un espace dans lequel le mouvement directionnel est caractérisé : le diagramme dipôle-quadrupôle. Si ce diagramme présente une aire finie, la cellule avance. Cette représentation peu commune permet d’obtenir un tableau de bord robuste pour caractériser le mouvement cellulaire. Ils ont même contrôlé le déplacement cellulaire en induisant des dipôles localement par un laser.
Cette étude aux interfaces entre la biologie et la physique ouvre des perspectives originales pour la compréhension des déplacements cellulaires dans des contextes physiologiques, mais aussi dans des situations pathologiques comme les métastases durant lesquelles les cellules migrent de manière incontrôlée.