Les cellules recherchent activement des informations afin de prendre des décisions collectives plus rapides et meilleures pour coordonner la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins.
Les cellules, comme les humains, votent pour prendre des décisions en groupe. Mais comment savent-elles pour quoi voter ? Les chercheurs du Francis Crick Institute et du King's College London ont découvert comment les cellules recherchent activement des informations afin de prendre des décisions collectives plus rapides et plus efficaces pour coordonner la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins. Cela fournit une nouvelle base pour comprendre l'intelligence dans les cellules.
Le processus par lequel les cellules coordonnent précisément et rapidement leur action lorsqu'elles créent de nouveaux tissus est complexe. Elles doivent décider collectivement quelles cellules doivent assumer des tâches spécifiques et veiller à ce que ni trop ni trop peu de cellules ne remplissent chaque rôle.
Dans leur étude, publiée dans Philosophical Transactions of the Royal Society B, les chercheurs ont découvert que lors de la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins, les cellules prennent des décisions collectives en utilisant un processus de perception active. C'est là que le fait de se déplacer pour mieux percevoir l'environnement aide à prendre une décision. Les chercheurs comparent cela à entrer dans une pièce sombre et peu familière et à tendre les bras pour sentir autour du mur s'il y a un interrupteur. Dans le cas des cellules, elles tendent de longs "doigts" et se fraient un chemin dans l'environnement. Cela leur permet de choisir rapidement la cellule qui reçoit le plus de signaux de l'environnement pour devenir leur leader. Ce leader, appelé cellule de pointe, fait avancer le nouveau vaisseau sanguin.
Katie Bentley, auteur principal et chef de groupe du laboratoire de comportement adaptatif cellulaire au Crick et maître de conférences au King's College de Londres, déclare : "Dans la plupart des manuels de biologie, les processus sont présentés étape par étape dans un certain ordre. La molécule A se lie au récepteur B et provoque le mouvement C. Dans le cas de cette importante décision cellulaire collective, les étapes se déroulent les unes à côté des autres plutôt que consécutivement, car les cellules se déplacent simultanément tout en "décidant" comment former de nouveaux tissus.
Cette capacité à utiliser le retour d'information d'un déplacement à travers le monde tout en faisant un choix est quelque chose que nous associons généralement aux "organismes supérieurs". Ainsi, reconnaître comment ces processus jouent également un rôle dans des systèmes vivants plus fondamentaux pourrait révéler des aspects fondamentaux de la fonction biologique qui les poussent à se comporter comme ils le font. "Et dans les cas où ce processus a mal fonctionné, il pourrait même débloquer de nouvelles thérapies et de nouveaux traitements qui ont un impact sur ces processus de rétroaction".
Dans leur travail de validation de principe, les chercheurs se sont concentrés sur la formation des vaisseaux sanguins, qui est vitale pour le développement et la réparation des tissus sains, et qui est souvent dérégulée dans la maladie.
Au début de ce processus, certaines cellules endothéliales situées à l'extérieur d'un vaisseau sanguin existant se transforment en cellules de pointe. Ces cellules de pointe présentent à leur surface de longues protubérances en forme de doigts, appelées filopodes, et sont les premières à sortir du vaisseau existant pour former la tête du nouveau vaisseau en germination. De nombreux aspects du timing et des interactions cellulaires impliqués dans ce processus, y compris la manière dont les cellules endothéliales décident lesquelles d'entre elles doivent devenir des cellules de pointe, ne sont pas encore compris.
En utilisant des simulations sur ordinateur et des études d'embryons de poisson-zèbre, les chercheurs ont découvert que les filopodes commencent à se former à la surface de la cellule avant qu'elle ne s'engage à devenir une cellule de pointe. Les filopodes s'étendent ensuite dans les tissus environnants et détectent des signaux qui peuvent soit déclencher la transformation de la cellule en cellule terminale, soit l'inhiber. Ce processus de mouvement et de détection des filopodes constitue une boucle de rétroaction active de la perception. Il est important de noter que pour empêcher toutes les cellules de devenir des cellules de pointe, les cellules voisines s'envoient des signaux les unes aux autres, de sorte que seules les autres cellules se spécialisent.
Bahti Zakirov, auteur et chercheur au Crick and King's College de Londres, déclare : "C'était passionnant de constater que la création des filopodes avait lieu avant que les cellules ne soient complètement devenues des cellules de pointe. Jusqu'à présent, ces protubérances ont été considérées comme le simple produit final du processus de décision cellulaire. Nous avons retourné la situation et montré que les cellules utilisent les filopodes pour mieux percevoir leur environnement et prendre des décisions en connaissance de cause, en mettant en évidence le retour d'information entre le mouvement et la perception comme un acteur important dans le processus de décision".
Lorsque les chercheurs ont perturbé les filopodes dans leurs modèles informatiques et dans les embryons de poissons-zèbres, moins de cellules de pointe ont été sélectionnées et cette sélection s'est faite plus lentement. Il a déjà été démontré que ce processus retardé entraînait la formation de réseaux de vaisseaux sanguins moins denses.
Zakirov continue : "Si la sélection des cellules de pointe se fait mal ou est ralentie, cela peut conduire à des réseaux de vaisseaux mal ramifiés ou anormaux, limitant le flux sanguin. Cela peut à son tour contribuer à des maladies telles que le cancer, la rétinopathie et les télangiectasies hémorragiques héréditaires HHT. Une meilleure compréhension de la manière d'accélérer ou de modifier le rythme de ramification pourrait donc conduire à de nouvelles thérapies capables de réguler la densité des vaisseaux sanguins. Cela pourrait également aider à la création d'organes ou de tissus artificiels car ceux-ci ont également besoin de réseaux de vaisseaux sanguins denses".
Bentley ajoute : "Ces travaux nous ont non seulement donné une nouvelle perspective sur le processus de sélection des cellules de pointe, révélant un rôle caché, mais vital, de chronométrage des filopodes, mais ils ont également ouvert la porte à une myriade de nouvelles et passionnantes orientations de recherche. Nous explorerons certaines de ces questions importantes dans nos travaux futurs, en vue de mieux interpréter et comprendre le comportement des cellules".
Commentaires pour les coachs de santé
Cette étude apporte un regard sur le fonctionnement systémique des cellules
Sources
Bahti Zakirov, Georgios Charalambous, Raphael Thuret, Irene M. Aspalter, Kelvin Van-Vuuren, Thomas Mead, Kyle Harrington, Erzsébet Ravasz Regan, Shane Paul Herbert, Katie Bentley. Active perception during angiogenesis: filopodia speed up Notch selection of tip cells in silico and in vivo. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2021; 376 (1821): 20190753 DOI: 10.1098/rstb.2019.0753
The Francis Crick Institute. "Cells are collective thinkers." ScienceDaily. ScienceDaily, 8 February 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210208114240.htm>.
