Afin de détecter leur environnement local, les cellules envoient et rétractent constamment des saillies au bord de la cellule. Les images montrent une partie d'une cellule segmentée en fenêtres d'échantillonnage de 1 x 1 micromètre utilisées pour analyser son comportement local. Les flèches rouges dans l'image de gauche indiquent la vitesse et la direction des mouvements locaux de chaque segment au bord de la cellule. L'image du milieu montre les niveaux d'activité de la protéine de signalisation Rac1, tandis que l'image de gauche montre les niveaux des forces mécaniques générées là où la cellule se fixe à la surface sous-jacente. Crédit :Jianjiang Hu
Une nouvelle étude menée par des chercheurs du Karolinska Institutet montre que l'activité locale de la molécule de signalisation Rac1 contrôle les cycles de protrusions et de rétractions microscopiques de la membrane cellulaire. La cellule utilise ces cycles pour détecter son environnement, ce qui, entre autres, affecte la capacité de la cellule à se déplacer. La compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires qui contrôlent les mouvements cellulaires peut nous aider à développer de meilleurs diagnostics et traitements de diverses maladies telles que le cancer.
Pour détecter leur environnement, les cellules utilisent des cycles au cours desquels des saillies cellulaires microscopiques se forment et se rétractent. La capacité des cellules à détecter leur environnement est importante, entre autres, pour l'absorption des nutriments, mais aussi pour la capacité de la cellule à se déplacer dans une certaine direction. La capacité de la cellule à se déplacer est cruciale pour le développement embryonnaire et la réparation des tissus, et dans de nombreux états pathologiques, comme lorsque les cellules cancéreuses se propagent (métastasent), ainsi que dans l'inflammation et la fibrose. En comprenant les mécanismes cellulaires et moléculaires qui contrôlent le mouvement des cellules, nous pouvons développer de meilleurs diagnostics et traitements pour le cancer et d'autres maladies.
"C'est l'activité locale de la molécule de signalisation Rac1 qui contrôle paradoxalement à la fois la protrusion et la rétraction des membranes cellulaires microscopiques en basculant entre un état actif et un état inactif dans différentes parties du cycle", explique le professeur Staffan Strömblad, qui, avec son groupe au Département des biosciences et de la nutrition, Karolinska Institutet, est responsable de l'étude. "Nous avons également pu pour la première fois montrer que Rac1 contrôle les forces mécaniques entre la cellule et sa surface d'attache."
En étudiant les cellules vivantes par microscopie confocale à haute résolution, ils ont pu mesurer l'activité de Rac1 localement dans les cellules au fil du temps à l'aide d'un biocapteur fluorescent. Parallèlement, ils ont mesuré les forces de traction que les cellules exercent sur leurs surfaces d'attache grâce à la « microscopie à force de traction ». A l'aide d'un laser dans le microscope, ils ont également pu activer ou bloquer l'activité de Rac1 localement dans les cellules en utilisant une sonde dite optogénétique. Par la suite, les effets ont été mesurés localement dans les membranes des cellules au fil du temps à l'aide d'une analyse d'image avancée et d'un traitement statistique.
La prochaine étape pour le groupe sera de voir au niveau moléculaire comment Rac1 peut contrôler à la fois la protrusion et la rétraction des membranes cellulaires locales, et comment Rac1 contrôle la machinerie génératrice d'énergie de la cellule.
