B4 · Cycle et destin cellulaires
Migration et domiciliation cellulaires
Décrire les étapes d'un cycle de migration cellulaire et le rôle du cytosquelette d'actine et des adhérences focales. Expliquer le guidage par la matrice et les signaux qui déterminent la domiciliation d'une cellule.
Biologie cellulaire7 min de lecture17 QCM corrigés
Principes généraux
La migration exige une polarisation fonctionnelle de la cellule selon un axe avant-arrière. Le front produit des protrusions qui explorent l'environnement, tandis que l'arrière se détache et se rétracte. Cette asymétrie doit être entretenue pendant tout le déplacement.
Une cellule isolée peut migrer sur une surface ou dans une matrice extracellulaire tridimensionnelle. Dans les deux cas, elle transforme l'énergie chimique en travail mécanique grâce au cytosquelette d'actine, aux moteurs moléculaires et aux systèmes d'adhérence.
La domiciliation est donc plus précise qu'une simple migration : elle repose sur une succession de signaux formant une adresse moléculaire. Les familles de molécules d'adhérence sont présentées dans la fiche consacrée aux cadhérines, intégrines, sélectines et molécules de la superfamille des immunoglobulines.
Le cycle de migration cellulaire
La migration n'est pas un glissement uniforme. Elle résulte d'un cycle mécanique répété, dont les étapes doivent être coordonnées spatialement et temporellement.
1. Polarisation de la cellule
Un signal directionnel impose un axe avant-arrière. Des réseaux de signalisation intracellulaire s'activent préférentiellement au front et sont inhibés à l'arrière. Cette séparation évite la formation simultanée de protrusions concurrentes dans plusieurs directions.
Les petites protéines régulatrices de la famille Rho organisent cette polarité :
- Cdc42 participe à la détection de la direction et à la stabilisation de la polarité ;
- Rac favorise la polymérisation ramifiée de l'actine au front ;
- RhoA stimule principalement la contractilité liée à la myosine et la maturation des adhérences.
Ces activités ne sont pas totalement exclusives d'une région, mais leur distribution relative permet de distinguer un front protrusif d'un arrière contractile.
2. Formation d'une protrusion
Au front, des monomères d'actine s'assemblent en filaments dont les extrémités en croissance sont orientées vers la membrane. La polymérisation exerce une poussée mécanique qui déplace localement celle-ci.
Deux organisations principales participent à l'exploration :
- le lamellipode, large expansion aplatie soutenue par un réseau ramifié d'actine ;
- le filopode, prolongement fin soutenu par des faisceaux parallèles d'actine.
Le complexe Arp2/3 initie des ramifications à partir de filaments préexistants, ce qui construit un réseau dense capable de pousser la membrane. Le renouvellement continu des filaments fournit de nouveaux monomères et maintient la protrusion.
3. Formation des adhérences focales
Une protrusion ne déplace durablement la cellule que si elle s'ancre au support. Des intégrines se lient donc à des composants de la matrice, tandis que leur domaine cytoplasmique recrute des protéines adaptatrices, notamment la taline et la vinculine. Ces protéines assurent la continuité mécanique entre intégrines et filaments d'actine.
Les adhérences nouvellement formées sont d'abord petites et instables. Lorsqu'elles subissent une tension suffisante, elles peuvent se renforcer par le recrutement de nouvelles protéines. Elles fonctionnent ainsi comme des structures mécanosensibles : leur organisation dépend des forces qu'elles transmettent.
La kinase des adhérences focales, ou FAK, participe à leur signalisation et à leur renouvellement. Les adhérences focales ne sont donc pas de simples attaches ; elles détectent les propriétés du support et modifient en retour l'organisation du cytosquelette.
4. Production de la traction
La myosine II associe et fait coulisser les filaments d'actine. Cette activité contractile crée une tension dans les faisceaux d'actomyosine. Parce que ces faisceaux sont reliés aux adhérences focales, la force est transmise à la matrice.
La traction exerce deux effets complémentaires :
- elle tire le corps cellulaire vers les points d'ancrage antérieurs ;
- elle renseigne la cellule sur la résistance mécanique de son environnement.
Si les adhérences sont trop faibles, la contraction provoque un glissement sans déplacement efficace. Si elles sont trop stables, l'arrière ne peut plus se détacher. La vitesse de migration dépend donc d'un renouvellement optimal, et non d'une adhérence maximale.
5. Détachement et rétraction de l'arrière
Les adhérences postérieures sont désassemblées sous l'action de signaux locaux et de la tension mécanique. La contraction d'actomyosine ramène ensuite l'arrière vers le corps cellulaire.
La membrane, les intégrines et les protéines associées peuvent être internalisées puis recyclées vers l'avant. Ce trafic contribue à maintenir l'asymétrie entre le front et l'arrière.
Guidage par l'environnement
Une cellule migrante compare les signaux reçus dans différentes régions de sa membrane. Une différence faible entre le front et l'arrière peut être amplifiée par les réseaux intracellulaires, puis convertie en une distribution asymétrique de Rac, Cdc42, RhoA et des phospholipides de signalisation.
Rôle de la matrice extracellulaire
La matrice fournit à la fois un support mécanique et des informations. Sa composition détermine quels récepteurs d'adhérence peuvent être engagés. Sa rigidité modifie les forces transmises aux adhérences focales. L'orientation de ses fibres impose des voies de moindre résistance.
Dans un environnement tridimensionnel, la cellule doit également franchir des pores et déformer son noyau, souvent plus rigide que le cytoplasme. Lorsque les obstacles sont trop importants, elle peut remodeler localement la matrice. Des protéases extracellulaires peuvent dégrader certains composants et ouvrir un passage, tandis que les forces de traction réorganisent les fibres.
La matrice peut aussi fixer des molécules de signalisation. Elle transforme alors un signal diffusible en information spatiale localisée, ce qui rapproche chimiotactisme et haptotactisme.
Domiciliation vers un tissu
Une reconnaissance en plusieurs étapes
Une cellule entraînée par le flux ne peut pas s'arrêter immédiatement sur une paroi vasculaire. La domiciliation repose donc sur une augmentation progressive de l'adhérence.
- Capture : des interactions transitoires ralentissent la cellule au contact de l'endothélium.
- Roulement : les liaisons se forment et se rompent rapidement, permettant une progression lente le long de la paroi.
- Activation : des signaux locaux, notamment des chimiokines présentées par l'endothélium, activent les récepteurs de la cellule.
- Arrêt ferme : l'affinité ou le regroupement des intégrines augmente, ce qui stabilise l'adhérence.
- Progression sur l'endothélium : la cellule recherche un site favorable au passage.
- Diapédèse : elle franchit la barrière endothéliale entre les cellules ou à travers l'une d'elles.
- Migration tissulaire : elle suit les gradients et les structures de la matrice jusqu'à son territoire de destination.
- Rétention ou sortie : des signaux locaux déterminent son maintien dans le tissu ou la reprise de sa migration.
L'adresse moléculaire
La destination ne dépend généralement pas d'une molécule unique. Elle résulte d'une combinaison entre :
- les molécules affichées par l'endothélium local ;
- les récepteurs d'adhérence portés par la cellule ;
- les chimiokines présentes et leurs récepteurs correspondants ;
- la composition et l'organisation de la matrice ;
- les signaux de survie et de rétention du tissu.
Une cellule n'est domiciliée que si elle possède l'ensemble de récepteurs lui permettant de décoder cette combinaison. La régulation de leur expression au cours de la différenciation modifie donc les territoires accessibles à la cellule.
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