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Jun 04, 2023

La géométrie et la dynamique de la ségrégation cellulaire 3D sont régies par la régulation de la tension superficielle des tissus

Communications Biology volume 6, Numéro d'article : 817 (2023) Citer cet article 521 Accès 1 Détails d'Altmetric Metrics La morphogenèse et la structuration des tissus au cours du développement impliquent la ségrégation des

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 817 (2023) Citer cet article

521 Accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

La morphogenèse des tissus et la structuration au cours du développement impliquent la ségrégation des types cellulaires. La ségrégation est entraînée par les tensions superficielles différentielles des tissus générées par les types de cellules en contrôlant la formation de contacts cellule-cellule en régulant l'adhésion et les tensions corticales cellulaires basées sur la contractilité de l'actomyosine. Nous utilisons des types de cellules de tissus vertébrés et des progéniteurs de la couche germinale du poisson zèbre comme modèles in vitro de ségrégation hétérotypique tridimensionnelle et avons développé une analyse quantitative de leur dynamique basée sur la microscopie time-lapse 3D. Nous montrons que l'inhibition générale de la contractilité de l'actomyosine par l'inhibiteur de Rho kinase Y27632 retarde la ségrégation. L'inhibition spécifique au type cellulaire de l'activité non musculaire de la myosine2 par la surexpression de l'inhibiteur de l'assemblage de la myosine S100A4 réduit la tension superficielle des tissus, se manifestant par une diminution du compactage pendant l'agrégation et une géométrie inversée observée pendant la ségrégation. La même chose est observée lorsque nous exprimons une isoforme Rho kinase constitutivement active pour maintenir de manière omniprésente la contractilité de l'actomyosine élevée aux interfaces cellule-cellule et milieu cellule, annulant ainsi la régulation spécifique à l'interface des tensions corticales. La régulation de la tension superficielle des tissus peut devenir un outil efficace en ingénierie tissulaire.

L'auto-organisation des tissus, telle que la ségrégation des types de cellules en fonction de leurs propriétés biomécaniques, est une composante importante du développement embryonnaire des métazoaires1,2,3. Des exemples bien caractérisés incluent le développement des bourgeons des membres du poulet4,5, la formation de blastocystes de souris6,7,8 ainsi que la gastrulation et la formation de couches germinales chez les embryons de poisson zèbre et de Xenopus9,10,11,12. Les domaines émergents de l’ingénierie tissulaire et de la biofabrication13 peuvent également exploiter les mécanismes (non découverts) de l’auto-organisation.

À long terme, les tissus se comportent comme des fluides visqueux caractérisés par une tension superficielle tissulaire spécifique (TST), manifestation de la cohésion, déterminée par l'adhésion cellulaire et la tension corticale cellulaire. Les contributions relatives de l'adhésion et de la tension corticale au TST sont abordées par deux hypothèses : l'hypothèse de l'adhésion différentielle (DAH)4,14,15 et l'hypothèse de la tension interfaciale différentielle (DITH)16. Les différences spécifiques dans le TST sont considérées comme des contributeurs majeurs à la ségrégation/tri cellulaire in vitro et in vivo et à la stratification des tissus au cours du développement, bien que d'autres mécanismes tels que la migration cellulaire collective17,18 et la polarisation10 ou l'osmolarité19 jouent clairement un rôle crucial.

Au cours de la ségrégation in vitro de différents types de cellules, le type cellulaire caractérisé par un TST plus élevé a tendance à se ségréger à l'intérieur, enveloppé ou englouti par des cellules avec un TST inférieur4,12,14,20,21,22. Pour générer un TST élevé, la tension interfaciale cellule-milieu, constituée uniquement de tension corticale cellulaire, doit être augmentée tandis que la tension interfaciale cellule-cellule doit être diminuée, car le TST dépend du rapport entre l'interface cellule-milieu et la cellule-milieu. tensions à l’interface cellulaire. La tension interfaciale cellule-cellule est principalement composée de tension corticale générée par la contraction de l'actomyosine tandis que la contribution (négative) de la tension d'adhésion est faible ; par conséquent, la réduction de la tension interfaciale cellule-cellule nécessite une réduction active de la tension corticale locale23.

Une déplétion en myosine 2 non musculaire (NM2) a été observée aux interfaces cellule-cellule en même temps qu'une accumulation apparente de NM2 et d'actine à l'interface cellule-milieu dans les progéniteurs de la couche germinale in vitro et in vivo . Il a été démontré que la tension mécanique corticale favorise la localisation corticale de NM2 chez les embryons de drosophile, NM2 lui-même agissant comme un mécanocapteur dans ce processus de recrutement . La régulation différentielle de la tension corticale spécifique à l'interface est un élément crucial de la génération du TST et on pense qu'elle est dirigée par la signalisation des complexes d'adhésion cellule-cellule vers le cytosquelette . Cette voie de signalisation part des molécules d'adhésion des cadhérines qui sont liées en trans avec les cadhérines d'une autre cellule en contact et recrutent des caténines intracellulaires pour former un complexe. Entre autres, la p120-caténine (caténine-delta1) est recrutée et activée ici, ce qui inhibe RhoA, conduisant à l'inactivation de la Rho kinase et à une inhibition plus poussée en aval de la contractilité de l'actomyosine27,28,29,30,31.