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Comment des cellules aplatissent leurs voisines pour former un organe allongé

Cellules © Muriel Grammont
Publication

Résumé

Un organe est souvent composé d’un feuillet de cellules qui entoure des cellules internes. Lorsqu’il grandit, un organe change souvent de forme et ce processus est classiquement étudié en analysant uniquement le feuillet externe. Quel est le rôle des cellules internes dans ces changements de forme ? Est-ce que les cellules internes déforment les feuillets en grossissant ? Les scientifiques ont mis en place des méthodes mécaniques, de microscopie et de génétique pour mesurer la pression des cellules internes du follicule ovarien de la drosophile, organe qui préfigure son œuf. Leurs travaux démontrent que les cellules internes en croissance génèrent une pression mécanique qui déforme les cellules du feuillet externe du follicule et, ce faisant, contribuent à la forme finale allongée de l’organe.

Communication du CNRS-INSB le 2 décembre 2020. Publication du RDP et du LBMC dans PLoS Biol. le 30 novembre 2020.

Description

La forme finale des tissus et des organes dépend de multiples processus, tels que la croissance, la division, la mort et le changement de forme des cellules qui les composent. Les cellules qui constituent les surfaces de nos organes s’associent en couche ou feuillets appelés épithélium. Ces cellules épithéliales reposent sur un « tapis » appelé lame basale, qui est constitué de protéines, tels que le collagène, assemblées en réseau formant une armature autour des organes. Les cellules épithéliales présentent classiquement trois formes : une forme cuboïde (hauteur, largeur et longueur sensiblement égales), une forme en colonne (hauteur>largeur et longueur) et une forme aplatie (hauteur<largeur et longueur). Ces formes dépendent du niveau de rigidité du squelette d’actine interne des cellules et de l’adhésion des cellules aux autres cellules du feuillet ou avec la lame basale.

Une question fondamentale, sans réponse claire à ce jour, est de savoir si des cellules recouvertes par un épithélium peuvent appuyer sur celui-ci et influencer la forme des cellules qui le composent. De cette question découle un défi technique : comment mesurer la pression exercée par des cellules qui sont enfouies sous les cellules épithéliales?

Représentation schématique de deux follicles ovariens à deux stades différents.
Représentation schématique de deux follicles ovariens à deux stades différents. Les follicules jeunes sont plutôt rond et s’allongent au cours du temps. Certaines cellules du feuillet (grise à rose) s’applatissent lorsque la pression cytoplasmique dans les cellules nourricières augmente (groupe de trois flèches noires). En s’applatissant, les cellules allongées assouplissent la lame basale (pointillés verts) au dessus d’elles. La conjonction de la force cytoplasmique des cellules nourricières et d’une contrainte moindre de la lame basale permet un allongement anisotropique du follicule principalement en antérieur. Grossissement: x 175. © Muriel Grammont

Pour y répondre, les chercheurs ont étudié le follicule ovarien de la drosophile, dont le développement conduit à l’œuf de la drosophile. Le follicule ovarien est composé de 16 cellules germinales internes: 15 cellules nourricières de son côté antérieur (vers la tête de la mère) et l’ovocyte en postérieur (côté opposé). Ces cellules en croissance sont entourées par une couche de cellules épithéliales accollées à une lame basale externe. Au départ, le follicule est sphérique et devient ovoïde au fur et à mesure de sa croissance. La couche de cellules épithéliales est composée de cellules cuboïdes qui deviennent des cellules aplaties (autour des cellules nourricières) et des cellules en colonne (autour de l’ovocyte) lors de la croissance du follicule. Il avait été montré que l’aplatissement des cellules s’effectue progressivement à partir du côté antérieur du follicule. Les chercheurs ont émis l’hypothèse qu’il existe des différences de pression entre cellules nourricières, avec une pression plus élevée dans les cellules nourricières antérieures qui forcerait les cellules épithéliales situées autour à s’aplatir. Afin de tester cette hypothèse, ils ont mis au point deux méthodes : la première permettant de mesurer la pression cytoplasmique des cellules nourricières en appuyant dessus à l’aide d’un microscope à force atomique, comme on estimerai la pression d’un pneu, et la deuxième permettant de quantifier le rayon de courbure des cellules nourricières.

Grâce à ces méthodes, les chercheurs ont montré qu’il existe bien des différences de pression entre cellules nourricières et que ces différences sont responsables de l’aplatissement progressif des cellules épithéliales qui les entourent. Sachant qu’en s’aplatissant, les cellules épithéliales entrainent l’assouplissement de la lame basale qui les entoure, il devenait logique de supposer que le follicule s’allonge du coté où la pression des cellules nourricières est la plus forte et où la lame basale est la plus souple. Les chercheurs ont vérifié cette hypothèse en quantifiant la croissance des différentes parties du follicule. Leurs résultats confirment que l’allongement du follicule s’effectue principalement du côté antérieur grâce à l’action conjointe d’une pression plus élevée dans les cellules nourricières et d’une rigidité plus faible de la lame basale. Ces deux paramètres contrôlent donc la géométrie finale du follicule et du futur œuf.

Ce travail permet de mieux comprendre comment les forces et contraintes qui s’exercent sur des cellules épithéliales contrôlent la forme des cellules et in fine, la forme des organes.
 

Source : Gradient in cytoplasmic pressure in germline cells controls overlying epithelial cell morphogenesis. Lamiré LA, Milani P, Runel G, Kiss A, Arias L, Vergier B, de Bossoreille S, Das P, Cluet D, Boudaoud A, Grammont M. PLoS Biol. 30 novembre 2020.

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