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Les chercheurs traduisent les mécanismes du procédé de renouvellement de cellules

L'intestin humain se compose de plus de 40 mètres carrés de tissu, avec une multitude de plis sur sa surface interne qui ressemblent à des vallées et à des crêtes de montagne afin d'augmenter l'absorption des aliments. L'intestin a également la seule caractéristique d'être dans une condition continue de renouvellement automatique.

Ceci signifie qu'environ tous les 5 jours toutes les cellules de ses parois internes sont remplacées pour garantir le fonctionnement intestinal correct. Jusqu'ici, les scientifiques ont su que ce renouvellement pourrait avoir lieu des mercis aux cellules souche, qui sont protégées dans les soi-disant cryptes intestinales, et qui provoquent les cellules différenciées neuves. Cependant, le procédé que cela mène à la forme concave des cryptes et le transfert des cellules neuves vers les crêtes intestinales était inconnu.

Maintenant, une équipe internationale aboutie par le professeur de Xavier Trepat, de recherches d'ICREA et le chef de groupe à l'institut pour la bio-ingénierie de la Catalogne (IBEC), en collaboration avec l'IRB, des chercheurs à partir des universités d'UB et d'UPC à Barcelone, et le Curie Institute de Paris, a déchiffré les mécanismes aboutissant les cryptes à adopter et mettre à jour leur forme concave, et comment le mouvement de transfert des cellules vers les crêtes se produit, sans intestin détruisant sa forme pliée par caractéristique.

L'étude, publiée en biologie cellulaire prestigieuse de nature de tourillon, a combiné la modélisation d'ordinateur, aboutie par Marino Arroyo, professeur à l'UPC, chercheur lié à IBEC et membre de CIMNE, aux expériences avec les organoids intestinaux à partir des cellules de souris, et prouve que ce procédé est grâce possible aux forces mécaniques exercées par les cellules. Une part importante de cette étude a été supportée par la fondation « de Caixa de La » dans le cadre du programme de CaixaResearch. L'entité a également attribué une bourse au premier co-auteur, Gerardo Ceada, pour effectuer son PhD à IBEC.

Les forces déterminent et règlent la forme de l'intestin et du mouvement des cellules

Utilisant des cellules souche de souris et des techniques de bio-ingénierie et de mechanobiology, les chercheurs ont développé des mini-intestins, les organoids qui ressemblent à la structure en trois dimensions des crêtes et des vallées, récapitulant des fonctionnements de tissu in vivo. Utilisant des technologies de microscopie développées par le même groupe, les chercheurs ont effectué les expériences à haute résolution pour la première fois qui leur ont permises d'obtenir les plans 3D montrant les forces exercées par chaque cellule.

De plus, avec ce modèle in vitro, les scientifiques ont prouvé que le mouvement des cellules neuves à la crête est également réglé par les forces mécaniques exercées par les cellules elles-mêmes, particulièrement par le cytosquelette, un réseau des filaments qui détermine et met à jour la forme de cellules.

Le contraire à ce qui a été cru jusqu'à présent, nous avons pu déterminer que ce n'est pas les cellules de la crypte intestinale qui soulèvent les neufs, mais que c'est les cellules à la crête soulevant les neufs, apparenté à un alpiniste vers le haut de qui aide un autre grimpeur en les tirant »,

Gerardo Ceada, institut pour la bio-ingénierie de la Catalogne

« Avec ce système, nous avons découvert que la crypte est concave parce que les cellules ont plus de tension sur leur extrados que sur le bas, qui les fait adopter une forme conique. Quand ceci se produit en plusieurs cellules l'un à côté de l'autre, le résultat est que les plis de tissu, provoquant une configuration des crêtes et des vallées », ajoute Carlos Perez-Gonzalez, (IBEC et Curie Institute).

Le modèle neuf de mini-intestin permettra d'autres études des maladies telles que le cancer, la maladie coeliaque ou les colitis à conduire en conditions reproductibles et réelles, en lesquelles il y a une prolifération excessive des cellules souche ou de destructuring des plis. De plus, des organoids intestinaux peuvent être fabriqués avec des cellules humaines et être employés pour le développement des médicaments neufs ou pour l'étude du microbiota intestinal.

Source:
Journal reference:

Pérez-González, C., et al. (2021)  Mechanical compartmentalization of the intestinal organoid enables crypt folding and collective cell migration. Nature Cell Biology. doi.org/10.1038/s41556-021-00699-6.