La peau humaine est un organe remarquable servant de barrière nous protégeant des agents pathogènes, substances toxiques et autres. Notre peau a besoin de se renouveler constamment tout au long de notre vie et de changer de taille pour s'adapter et couvrir parfaitement le corps. Pour accomplir un comportement aussi complexe et dynamique, chaque cellule de la peau a une tâche spécifique en fonction de sa position. Des scientifiques de l'Institut Max Planck de biologie du vieillissement à Cologne ont maintenant montré que la densité cellulaire et l'encombrement jouent un rôle essentiel dans l'instruction des décisions concernant le destin des cellules souches uniques et le mouvement des cellules en différenciation vers le haut dans le tissu. Cela garantit que tous les types de cellules sont correctement positionnés dans le tissu.

L'épiderme de la peau adulte est constitué de différentes couches. Les cellules souches résident dans la couche inférieure où leur tâche est de produire de nouvelles cellules qui se différencient ensuite et se déplacent vers le haut dans la couche supérieure plus spécialisée. Ce processus de différenciation implique des changements permanents dans les propriétés des cellules pour s'adapter au mieux à la fonction barrière de la peau. La peau doit maintenir un nombre équilibré de cellules souches et différenciées, car la perte d'un bon équilibre entraînerait une structure tissulaire et donc une fonction aberrantes. La façon dont cet équilibre complexe est maintenu est restée largement inconnue jusqu'à récemment.

"Au début de notre étude, nous nous sommes demandé comment les cellules de la peau savent où elles se trouvent et ce qu'elles sont censées faire", explique Yekaterina Miroshnikova, auteur principal de l'étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Sara Wickström à l'Institut Max Planck de biologie du vieillissement. Les chercheurs ont analysé des tissus de souris embryonnaires et des cellules souches cultivées et ont découvert un mécanisme élégant basé sur un guidage mécanique.

Le stress local induit par le surpeuplement conduit à la différenciation

"Nous avons observé que la division des cellules souches induisait un effet d'encombrement local sur la couche de cellules souches qui déformait les cellules à proximité de cet événement. Curieusement, cette compression et cette déformation ont déclenché la différenciation de la cellule voisine", explique Miroshnikova. Les cellules surpeuplées et comprimées changent de propriétés, conduisant à leur « évasion » de la contrainte locale dans la couche inférieure et un mouvement vers le haut. "Le fait que les cellules sentent ce que font leurs voisines et fassent exactement le contraire fournit un moyen très efficace et simple de maintenir la taille des tissus, architecture et fonction", dit Miroshnikova.

Ces résultats démontrent pour la première fois comment un tissu complexe comme la peau humaine peut générer et maintenir sa structure grâce à des principes très simples d'auto-organisation. À l'avenir, le groupe continuera à utiliser une combinaison de modélisation informatique et de biologie cellulaire pour découvrir comment les mutations génétiques qui se produisent pendant le cancer ciblent la prolifération des cellules souches et la mécanique pour altérer ce processus.