Comment les cellules se déplacent-elles à force totale nulle ?

Tout mouvement nécessite une brisure de symétrie. Dans le monde microscopique où l’inertie ne joue pas de rôle, cette asymétrie doit être permanente. Purcell a proposé dans un article de 1977 des règles incontournables qui régissent le mouvement des micro-nageurs. Comment ce principe fondamental peut être étendu à des cellules en mouvement dans des matrices est cependant peu compris en biologie cellulaire.

Les scientifiques montrent l’origine de la brisure de symétrie. Ils ont placé des cellules individuelles dans une matrice 3D proches des matrices physiologiques et ont suivi les acteurs majeurs de déplacement, les contacts focaux, les cytosquelettes d’acto-myosine, les microtubules, en corrélation avec les déplacements de la matrice extracellulaire. Leurs résultats indiquent que les cellules se contractent de part et d’autre du noyau et la synchronisation entre contractions entraîne le mouvement.

Pour aller plus loin dans l’analyse, les scientifiques ont caractérisé le mouvement directionnel dans un espace représentant la distribution spatiale de la déformation de la matrice autour de la cellule par un développement multipolaire, le diagramme dipôle-quadrupôle. S’il présente une aire finie, la cellule avance. Cette représentation peu commune permet d’avoir un tableau de bord robuste pour caractériser le mouvement cellulaire. On peut même contrôler le déplacement cellulaire en induisant des dipôles localement par un laser.

Cette étude aux interfaces entre la biologie et la physique ouvre des perspectives originales pour la compréhension des déplacements cellulaires dans des contextes physiologiques, mais aussi dans des situations pathologiques comme les métastases durant lesquelles les cellules migrent de manière incontrôlée.