Conjugaison de cellules.
Les cellules communiquent entre elles en permanence. Ainsi, les cellules de levure de boulanger existent sous forme haploïde (de sexe a ou α) ou diploïde (asexuée mais plus robuste). Lorsqu’elles sont sous forme haploïde, les levures cherchent une cellule du sexe opposé pour s’accoupler (conjuguer) et redevenir diploïdes. Comment les cellules de levure sentent-elles la présence des cellules du sexe opposé ? Comment le dialogue puis la conjugaison se déroulent-ils ? Imaginez deux cellules de type a entourant une cellule de type α. Comment la cellule de type α choisit-elle sa partenaire parmi les deux cellules qui l’entourent et qui lui disent des mots d’amour ? Comprendre la conjugaison constitue une première étape vers la compréhension des mécanismes impliqués dans la communication entre des cellules telles que les neurones.
Les biologistes ont effectué des expériences sur des milliers de cellules. Ils ont dégagé les mécanismes biologiques devant être pris en compte. Ensuite, les physiciens et les mathématiciens ont modélisé ces mécanismes. Les modèles issus de ces discussions s’expriment à l’aide d’équations aux dérivées partielles. La compréhension mathématique de ces équations est difficile. Les mathématiciens ont cherché des critères permettant de quantifier le dialogue entre cellules à travers ces équations. Puis ils ont effectué des simulations numériques sur ces équations et ils ont comparé les résultats des simulations avec les données.
Une cellule de type a entourée de cellules de type α.
Le premier résultat notable de ce travail est la possibilité, à partir de mesures quantitatives effectuées par les biologistes, de prédire la réponse des cellules d’un type donné (a ou α) à un gradient de signal sexuel de l’autre type (a ou α) donné, à l’aide du modèle. Dans un deuxième temps, le modèle pourrait permettre de comprendre comment une cellule choisit une partenaire. Puis dans un troisième temps, il pourrait permettre de prédire l’efficacité de la conjugaison dans une population de cellules des deux types sexuels mélangés, une situation dans laquelle les cellules doivent réussir à se parler intimement, deux à deux au milieu d’une foule bruyante et excitée (toutes les cellules émettent un signal pour trouver un partenaire).
Cette étude pourrait avoir d’autres retombées. L’interaction des neurones dans le cerveau est une situation plus complexe mais tout de même similaire. Dans un autre registre, on sait depuis Darwin que le choix du partenaire sexuel est un des éléments essentiels qui guident la dynamique de l’Évolution. Ainsi, cette situation intéresse aussi beaucoup les biologistes de l’Évolution.
Brève rédigée par Nicolas Meunier (Univ. Paris-Descartes) et Matthieu Piel (Institut Curie) d’après les travaux de V. Calvez (ENS de Lyon), R. J. Hawkins (Univ. Sheffield), N. Meunier (Univ. Paris-Descartes), N. Muller (Univ. Paris-Descartes), M. Piel (Institut Curie) et R. Voituriez (Univ. Pierre et Marie Curie).
Pour en savoir plus :
- Les vidéos d’Andrew Murray (Harvard) : une introductive (27 minutes) et une seconde plus approfondie (52 minutes).
- Brèves connexes : Pierre Gabriel, « La vache était folle… de protéines » et Emmanuel Frénod, « Aquaculture en milieux confinés : le cas de l’étang de Thau ».
- V. Calvez, R.J. Hawkins, N. Meunier et R. Voituriez (2012), « Analysis of a non local model for spontaneous cell polarisation », SIAM J. Appl. Math. 72 (2012), no. 2, 594–622 [En anglais].
- R. J. Hawkins, O. Bénichou, M. Piel et R. Voituriez, Rebuilding cytoskeleton roads : active transport induced polarisation of cells, Phys. Rev. E 80, 040903 (2009) [En anglais].
Crédits Images :
- Wikimedia Commons.
- A. Murray et M. Piel.
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