« Un pour tous » : le comportement individuel des cellules régule leur mouvement collectif

La migration collective des cellules joue un rôle important dans un grand nombre de processus cellulaires comme la morphogénèse, la progression tumorale ou la cicatrisation. L’émergence de mouvements coordonnés à des échelles multicellulaires reste un processus mal compris. En étudiant la dynamique de monocouches épithéliales dans des environnements confinés, les scientifiques ont prouvé que la migration collective peut résulter simplement du comportement de cellules individuelles au sein des assemblées cellulaires. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Physics.

Dans le cadre d’une collaboration internationale avec les universités de Cambridge et de Singapour, les scientifiques de l’Institut Jacques Monod et plus particulièrement Benoît Ladoux, ont pu montrer que les mouvements collectifs d’assemblées cellulaires cultivées in vitro peuvent résulter simplement de l’émergence de comportements individuels au sein de chaque cellule composant la colonie.

En confinant des cellules dans des environnements clos en forme d’anneaux, les auteurs ont pu montrer que les cellules présentaient un mouvement de rotation coordonnée le long de ces anneaux. Ces mouvements coordonnés, initiés par la formation de contacts entre cellules, deviennent ensuite indépendants des contacts intercellulaires et résultent du comportement individuel de chaque cellule, ce qui est mis en évidence par des gradients de polarité et des dipôles de force à l’échelle de chaque cellule comme cela est observé au sein de cellules isolées.

Contrairement aux modèles existants qui suggèrent que la migration collective nécessite la transmission d’une information sur des échelles bien plus grandes que la taille d’une cellule, cette étude montre un nouveau mode de migration collective qui résulte de la polarisation de chaque composant dans la direction du mouvement sans que la transmission de l’information aux cellules voisines soit nécessaire.

Ce travail pluridisciplinaire à l’interface entre biophysique et biologie cellulaire reproduit certaines observations in vivo qui ont lieu au cours de la morphogénèse et devraient donc permettre de mieux en comprendre les processus de coopération cellulaire. Au-delà, ces résultats pourraient éclairer de nombreuses situations dans lesquelles interviennent des interactions entre cellules.

Cette publication est le fruit d’une collaboration de longue date initiée en 2008 par Benoît Ladoux avec le Mechanobiology Institute (MBI) de Singapour. Principal investigator (PI) pendant trois ans, il y a poursuivi des activités en tant que co-PI (3 à 4 mois par an à Singapour) jusqu’en 2018. Ces échanges ont notamment permis l’accueil de doctorants au sein de son équipe à l’Institut Jacques Monod. Il a obtenu des financements dans le cadre du partenariat Université Paris Cité / NUS. Le premier auteur de la publication, Shreyansh Jain, est un étudiant de NUS qui a partagé son temps entre Paris et Singapour. Il a pu réalisé la moitié de sa thèse en France. Plusieurs publications ont été le fruit de cette collaboration (Gupta et al. Nature Comm 2015 et Chen et al. Nature Physics 2019). D’autres sont encore en cours d’évaluation.