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Des forces importantes et réversibles dépendant de la myosine pour la détection de la rigidité

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Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l’Université de Columbia, de l’Université nationale de Singapour et de l’Institut Curie suggère que les cellules sont capables de générer des forces inattendues lors de la détection des propriétés mécaniques de leur environnement.

Afin de moduler des processus tels que la croissance, la différenciation et la migration cellulaire, les cellules collectent et transmettent en permanence des informations sur les propriétés moléculaires et mécaniques de leur environnement. Pour examiner la rigidité de leur environnement, par exemple, les moteurs moléculaires de la myosine génèrent temporairement de petites contractions au sein de filaments d’actine ancrant la cellule aux tissus avoisinants. Jusqu’à présent, on ignorait en grande partie la force que les molécules de myosine simples sont capables de générer lors de ces contractions dans les cellules vivantes.

Pour mesurer ces forces, les chercheurs ont étudié des fibroblastes embryonnaires de souris sur des piliers à double rigidité microfabriqués. En utilisant la microscopie à haute résolution pour mesurer la déviation des piliers induite par les cellules, ils montrent que lors de la détection de la rigidité, les moteurs de la myosine génèrent des forces d’un ordre de grandeur supérieur à celui mesuré auparavant dans des expériences in vitro à molécule unique. En outre, les auteurs observent que les contractions et les relâchements se produisent au même rythme et que, dans les deux cas, les déplacements se produisent par étapes discrètes relativement lentes.

Pour mieux comprendre comment des forces importantes et des déplacements par étapes lentes pourraient être liés, Lohner et al. ont adapté un modèle mathématique de contractilité collective de l’actomyosine développé à l’Institut Curie en 1995. Dans la cellule, les contractions d’actomyosine sont générées par l’hydrolyse de l’ATP. Afin d’expliquer les mesures de forces importantes dans le modèle, les chercheurs ont dû supposer que le taux d’hydrolyse de l’ATP dépassait largement la fréquence des contractions de la myosine et que l’énergie gagnée par un seul événement d’hydrolyse de l’ATP n’était pas suffisante pour une seule étape. Selon cette approche, ce qui apparaît comme une étape est mieux décrit comme un processus d’avalanche, par lequel les moteurs se déplacent collectivement à une périodicité inférieure de moitié à celle des filaments d’actine. L’important volume d’énergie libérée lors de ces événements explique les forces importantes obtenues qui ont été constatées à titre expérimental. La faible probabilité des événements explique la fréquence relativement faible des étapes de déplacement discrètes.

Ces résultats fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes de la génération de force cellulaire in vivo et sur la manière dont les cellules atteignent une mécanosensibilité efficace et précise dans une grande variété d’environnements extracellulaires.


Wolfgang Keil

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