Des chercheurs de la Scripps Institution of Oceanography de l'UC San Diego, de la Hopkins Marine Station de l'Université de Stanford et de l'Institut de biomédecine de Séville (IBiS) en Espagne ont dirigé la recherche, qui est nouvelle par son utilisation d'embryons d'étoiles de mer comme organismes modèles dans ce contexte. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Development le 7 mai.

Les travaux de laboratoire ont été menés au Centre de biotechnologie et de biomédecine marines (CMBB) de Scripps Oceanography au laboratoire de Lyon, qui se concentre sur l'avancement du domaine de la biologie évolutive du développement à l'aide d'invertébrés marins. L'étude se distingue par l'utilisation d'embryons marins, en particulier de l'embryon de l'étoile de mer Patiria miniata, pour comprendre comment les cellules font face aux changements de leur environnement physique.

"Notre recherche montre que les cellules adoptent une forme géométrique inhabituelle en réponse à la pression. Cela met en lumière la manière dont les cellules font face aux changements de leur environnement physique, qui se produisent de manière dynamique dans chaque tissu", a déclaré l'auteur principal Vanessa Barone, qui a mené les travaux. chercheur postdoctoral à Scripps Oceanography.

"C'est également un exemple fascinant de la manière dont l'étude d'un organisme marin peut conduire à des connaissances largement pertinentes sur la biologie cellulaire fondamentale."

Les auteurs ont déclaré que les résultats pourraient avoir des implications futures pour comprendre comment les cellules saines pourraient s'adapter à la pression exercée par les cellules tumorales qui se développent de manière incontrôlable.

Bien que la forme géométrique inhabituelle des cellules, un scutoïde, ait déjà été décrite, on pensait qu'elle était principalement due à la forme du tissu dans lequel les cellules sont intégrées. Les scutoïdes ont une forme semblable à un prisme, avec six côtés en haut et cinq côtés en bas.

Des travaux antérieurs ont montré que lorsque le tissu est courbé d'une certaine manière, comme dans des tubes ou des formes ovoïdes, une proportion de cellules deviennent scutoïdes car c'est la forme énergétiquement favorable à avoir dans cette situation.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé une combinaison d'imagerie en direct du développement d'embryons d'étoiles de mer, d'analyse d'images détaillées et de modélisation informatique pour montrer que les cellules deviennent également scutoïdes dans d'autres circonstances, beaucoup plus courantes.

Ils ont découvert que les cellules devenaient scutoïdes après que des divisions cellulaires se soient produites dans des tissus épithéliaux compacts. Les cellules sont les éléments constitutifs des animaux. Au cours du développement embryonnaire, ces cellules se divisent rapidement et augmentent en nombre.

Les cellules épithéliales se distinguent par leurs fortes interconnexions et leur capacité à recouvrir les surfaces du corps. Ces cellules forment des couches qui créent une barrière protectrice séparant les surfaces externes des cavités internes chez les animaux adultes. De plus, le tissu épithélial forme des glandes et constitue le tissu prédominant dans de nombreux organes, tels que le foie ou les reins.

À mesure que le nombre de ces cellules augmente, elles doivent souvent s’adapter à un espace limité, ce qui entraîne un compactage des tissus. Les cellules épithéliales doivent donc s’organiser efficacement, tout en résistant à la pression des cellules voisines qui prolifèrent également. Cette étude démontre que les cellules épithéliales étaient probablement capables d'accueillir les cellules nouvellement formées en adoptant une forme scutoïde.

"En examinant les embryons d'étoiles de mer, nous découvrons de nouvelles informations importantes sur la biologie cellulaire, potentiellement liées à la santé humaine", a déclaré Deirdre Lyons, co-auteur de l'étude et biologiste marine à Scripps Oceanography.

"Il s'agit de la première étude à montrer réellement l'emballage et la division cellulaire épithéliales au fur et à mesure du développement de l'embryon d'étoile de mer, capturés dans des films en direct. Nos résultats ont de larges implications pour la compréhension de la structure cellulaire de ces tissus."

L’embryon d’étoile de mer est idéal pour comprendre comment les cellules s’organisent en couche épithéliale lors de leur prolifération. En effet, les cellules des étoiles de mer subissent plusieurs séries de divisions cellulaires synchrones qui conduisent à la formation d'une couche épithéliale.

De plus, ces embryons se développent dans l’eau de mer, ils sont assez transparents et faciles à visualiser au microscope à haute résolution. Ces qualités ont permis aux scientifiques de suivre chaque cellule individuelle au fil du temps, tout en observant l'ensemble du tissu épithélial au fur et à mesure de sa formation.

"La bonne coordination entre la croissance cellulaire et l'organisation est un processus très complexe. En utilisant l'embryon d'étoile de mer comme modèle, nous avons pu étudier de manière dynamique ses premiers stades de développement", a déclaré Luis María Escudero, co-auteur de l'étude. et chercheur à IBiS.

Les chercheurs de Scripps Oceanography ont capturé des images en direct en laboratoire montrant ces processus cellulaires en cours. L'équipe IBiS a ensuite utilisé CartoCell, une nouvelle méthode d'analyse d'images récemment publiée par le groupe d'Escudero, pour analyser plus en détail les images. CartoCell est un outil logiciel basé sur l'apprentissage en profondeur qui permet un traitement rapide et automatique d'images tridimensionnelles, telles que celles des timelapses d'embryons d'étoiles de mer.

"Nous observons qu'immédiatement après la division cellulaire, la probabilité qu'une cellule adopte la forme scutoïde augmente de manière significative", a déclaré Escudero. "Par conséquent, nous concluons que l'augmentation de la densité cellulaire provoquée par la prolifération est liée au changement de forme. Ce changement de forme se produit probablement parce que les cellules résistent mieux à la compression lorsqu'elles sont scutoïdes."

En démontrant comment les cellules s'organisent au sein des tissus en réponse au stress, cette étude pourrait ouvrir la porte à de futures applications liées à la recherche sur le cancer.

"Notre étude pourrait aider à comprendre les changements qui se produisent dans les tissus comprimés, que ce soit en raison de processus normaux ou de situations liées à une maladie", a déclaré Barone, qui est maintenant professeur adjoint à l'Université de Stanford.

En plus de Barone, Escudero et Lyons, l'équipe de recherche comprenait le co-premier auteur Antonio Tagua d'IBiS, ainsi que les co-auteurs de l'étude Jesus Á. Andrés-San Román et Juan Garrido-García d'IBiS, et Amro Hamdoun de Scripps Oceanography.