Crédit :Université Johns Hopkins
Des chercheurs de l'Université de Toronto, de l'Université Johns Hopkins et de l'Université Vanderbilt ont découvert que certaines cellules se déplacent étonnamment plus rapidement dans un liquide plus épais - pensez au miel par opposition à l'eau, ou au mucus par opposition au sang - parce que leurs bords ébouriffés détectent la viscosité de leur environnement et s'adapter pour augmenter sa vitesse.
Leurs résultats combinés dans les cellules cancéreuses et les fibroblastes - le type qui crée souvent des cicatrices dans les tissus - suggèrent que la viscosité de l'environnement environnant d'une cellule est un contributeur important à la maladie et peut aider à expliquer la progression tumorale, la cicatrisation dans les poumons remplis de mucus affectés par kystique la fibrose et le processus de cicatrisation.
L'étude, "Membrane ruffling is a mechanosensor of extracellular fluid viscosité", publiée aujourd'hui dans Nature Physics , apporte un éclairage nouveau sur les environnements cellulaires, un domaine de recherche sous-exploré.
"Ce lien entre la viscosité cellulaire et l'attachement n'a jamais été démontré auparavant", déclare Sergey Plotnikov, professeur adjoint au Département de biologie cellulaire et systémique de la Faculté des arts et des sciences de l'Université de Toronto et auteur co-correspondant de l'étude. . "Nous avons constaté que plus l'environnement environnant est épais, plus les cellules adhèrent fortement au substrat et plus elles se déplacent rapidement, un peu comme marcher sur une surface glacée avec des chaussures à pointes, par rapport à des chaussures sans aucune adhérence."
Il est important de comprendre pourquoi les cellules se comportent de cette manière surprenante, car les tumeurs cancéreuses créent un environnement visqueux, ce qui signifie que les cellules en propagation peuvent se déplacer plus rapidement dans les tumeurs que les tissus non cancéreux. Étant donné que les chercheurs ont observé que les cellules cancéreuses s'accélèrent dans un environnement épaissi, ils ont conclu que le développement de bords ébouriffés dans les cellules cancéreuses pouvait contribuer à la propagation du cancer à d'autres parties du corps.
Le ciblage de la réponse de propagation dans les fibroblastes, d'autre part, peut réduire les lésions tissulaires dans les poumons remplis de mucus touchés par la fibrose kystique. Parce que les fibroblastes ébouriffés se déplacent rapidement, ils sont le premier type de cellules à se déplacer à travers le mucus jusqu'à la plaie, contribuant à la cicatrisation plutôt qu'à la guérison. Ces résultats peuvent également impliquer qu'en modifiant la viscosité du mucus pulmonaire, on peut contrôler le mouvement des cellules.
"En montrant comment les cellules réagissent à ce qui les entoure et en décrivant les propriétés physiques de cette zone, nous pouvons apprendre ce qui affecte leur comportement et éventuellement comment l'influencer", explique Ernest Iu, Ph.D. étudiant au Département de biologie cellulaire et des systèmes de la Faculté des arts et des sciences de l'Université de Toronto et co-auteur de l'étude.
Plotnikov ajoute :"Par exemple, peut-être que si vous mettez un liquide aussi épais que du miel dans une plaie, les cellules s'y déplaceront plus profondément et plus rapidement, ce qui la guérira plus efficacement."
Plotnikov et Iu ont utilisé des techniques de microscopie avancées pour mesurer la traction que les cellules exercent pour se déplacer et les changements dans les molécules structurelles à l'intérieur des cellules. Ils ont comparé des cellules cancéreuses et des fibroblastes, qui ont des bords froissés, à des cellules avec des bords lisses. Ils ont déterminé que les bords de cellule froissés détectent l'environnement épaissi, déclenchant une réponse qui permet à la cellule de traverser la résistance :les volants s'aplatissent, s'étalent et s'accrochent à la surface environnante.
L'expérience est née à Johns Hopkins, où Yun Chen, professeur adjoint au Département de génie mécanique et auteur principal de l'étude, et Matthew Pittman, Ph.D. étudiant et premier auteur, ont d'abord examiné le mouvement des cellules cancéreuses. Pittman a créé une solution polymère visqueuse ressemblant à du mucus, l'a déposée sur différents types de cellules et a constaté que les cellules cancéreuses se déplaçaient plus rapidement que les cellules non cancéreuses lors de leur migration à travers le liquide épais. Pour approfondir ce comportement, Chen a collaboré avec Plotnikov de l'Université de Toronto, qui se spécialise dans la poussée et la traction du mouvement cellulaire.
Plotnikov a été étonné du changement de vitesse dans un liquide épais ressemblant à du mucus. "Normalement, nous examinons des changements lents et subtils au microscope, mais nous pourrions voir les cellules se déplacer deux fois plus vite en temps réel et se propager pour doubler leur taille d'origine", dit-il.
En règle générale, le mouvement cellulaire dépend des protéines de myosine, qui aident les muscles à se contracter. Plotnikov et Iu ont estimé que l'arrêt de la myosine empêcherait les cellules de se propager, mais ont été surpris lorsque des preuves ont montré que les cellules accéléraient toujours malgré cette action. Ils ont plutôt découvert que les colonnes de la protéine actine à l'intérieur de la cellule, qui contribue à la contraction musculaire, devenaient plus stables en réponse au liquide épais, repoussant davantage le bord de la cellule.
Les équipes étudient maintenant comment ralentir le mouvement des cellules ébouriffées à travers des environnements épaissis, ce qui pourrait ouvrir la porte à de nouveaux traitements pour les personnes touchées par le cancer et la fibrose kystique. Les cellules se déplacent en contrôlant la rigidité de leurs voisines
