Un réseau instable en forme de flocons en devenir


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  • Au cours du développement, les cellules d’un embryon se divisent jusqu’à ce qu’un organisme entièrement fonctionnel émerge. Un composant de la cellule est particulièrement important au cours de ce processus : le cortex cellulaire. Ce fin réseau de structures de filaments ressemblant à des cheveux (appelé actine) juste en dessous de la membrane cellulaire est le principal déterminant de la forme cellulaire et est impliqué dans presque tout ce que fait une cellule, comme se déplacer, se diviser ou détecter son environnement. Pourtant, le cortex doit d’abord être construit à partir de molécules uniques, et s’il n’est pas construit correctement, les cellules d’un organisme n’arriveront jamais au bon endroit pour remplir leurs fonctions.

    Une équipe internationale de chercheurs du Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) à Dresde, du Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS) et du Cluster of Excellence Physics of Life (PoL ) à la TU Dresden a étudié la formation de ce cortex cellulaire dynamique chez le ver rond Caenorhabditis elegans. Ils ont découvert que des milliers de condensats dynamiques et à courte durée de vie en forme de gouttelettes constitués de filaments d’actine contrôlent la génération d’un premier cortex, au moment où un ovule non fécondé se transforme en embryon après la fécondation. Les principes découverts dans cette étude aident à comprendre comment la formation des structures subcellulaires est contrôlée.

    Juste après la fécondation d’un ovule, la formation du cortex cellulaire commence et il faut environ dix minutes pour qu’il soit complètement formé. Le cortex est constitué de filaments d’actine et de protéines motrices, qui sont organisés en un réseau réticulé dense. La dynamique du cortex provient des protéines motrices tirant sur les filaments d’actine, générant des contraintes qui se traduisent par une tension corticale. Cette tension corticale détermine, par exemple, la forme des cellules, leur capacité à ressentir leur environnement et leur capacité à remplir leurs fonctions dans notre corps. La dynamique du cortex cellulaire a été intensément étudiée dans le passé, mais le mécanisme par lequel le cortex cellulaire est activé pour la première fois juste après la fécondation est inconnu. Il est crucial de comprendre les principes qui sous-tendent la formation du cortex cellulaire, car il est impliqué dans presque toutes les fonctions de la cellule, et une mauvaise organisation corticale entraîne une altération des processus cellulaires et de développement clés.

    Les condensats protéiques ont une durée de vie courte et assurent un bon développement

    Pour étudier comment le cortex cellulaire est activé, une équipe interdisciplinaire de chercheurs du MPI-CBG, du MPI-PKS et du PoL a étudié ce processus chez le ver rond C. elegans. « Nous avons pu observer comment l’actine et les protéines de nucléation de l’actine WSP-1 et ARP2/3 se sont réunies pour s’assembler en condensats qui n’ont duré que quelques secondes, juste pour se désassembler juste après. Ces condensats garantissent qu’il y a la bonne quantité de filaments d’actine et qu’ils sont connectés de la bonne manière. Pour moi, la beauté de ces structures, constituées de filaments d’actine hautement ramifiés, comme un flocon de neige, réside dans ce que leur dynamique nous enseigne sur la chimie non conventionnelle de la matière vivante », explique Arjun Narayanan , l’un des principaux auteurs de l’étude et chercheur dans le groupe de Stephan Grill, directeur au MPI-CBG. Victoria Tianjing Yan, l’autre auteur principal, poursuit : « Nous avons développé notre propre méthode d’imagerie et d’analyse d’image, appelée imagerie par bilan massique, pour étudier comment la structure des condensats à courte durée de vie se développe et évolue. » Au cours de leurs études, les chercheurs ont découvert que les réactions chimiques internes contrôlent la vitesse à laquelle un condensat se développe et quand il se rétrécit. Ainsi, les condensats corticaux organisent de manière robuste leur propre cycle de vie, largement indépendant de leur environnement extérieur.

    Stephan Grill résume : « Nous concluons que les condensats dans le cortex cellulaire représentent un nouveau type de condensat biomoléculaire entraîné par des réactions chimiques spécifiques pour s’assembler et se désassembler en quelques secondes. » Il ajoute : « Nous suggérons que ces condensats de courte durée contrôlent l’activation du cortex cellulaire et la précision délicate de son architecture croissante après la fécondation du C. elegans ovocyte. Frank Jülicher, directeur du MPI-PKS et autre auteur superviseur, ajoute : « Cette étude est un autre exemple de rapprochement entre la physique et la biologie ici à Dresde. Notre environnement interactif avec des biologistes et des physiciens théoriques garantit ensemble de nouvelles approches interdisciplinaires pour démêler la physique de la biologie. processus. »

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