Les chercheurs de l'Université d'Hokkaido ont découvert que la formation de motifs induits par l'adhésion cellulaire dans les kératinocytes peut s'expliquer simplement par la famine et une forte adhésion.
Les empreintes digitales sont l'un des exemples les plus connus de formation de motifs par les cellules épithéliales. Les principales cellules de l'épithélium sont les kératinocytes, et on sait qu'elles forment des motifs aux niveaux microscopique et macroscopique. Bien que des facteurs affectant la formation de ces motifs aient été décrits, les mécanismes exacts sous-jacents au processus ne sont pas encore entièrement compris.
Une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur associé Ken Natsuga de la faculté de médecine de l'université d'Hokkaido, a révélé que l'adhésion cellulaire régit la formation des motifs dans les kératinocytes. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Alliance des sciences de la vie.
« Dans cette étude, nous avons utilisé une lignée cellulaire immortalisée de kératinocytes, appelée HaCaT, qui conserve toutes les propriétés des kératinocytes normaux », a expliqué Natsuga. « Afin de garantir l'exactitude de nos résultats, nous avons établi des cultures monocellulaires à partir de cette lignée cellulaire. »
L'équipe a observé la formation de motifs à la fois dans la lignée cellulaire hétérogène d'origine et dans les cultures dérivées de cellules uniques. Au cours de la culture, les kératinocytes se sont déplacés de manière aléatoire et ont formé spontanément des régions de haute et de basse densité, conduisant à la formation de motifs.
La formation des motifs a été fortement influencée par la famine. Lorsque le milieu de culture a été renouvelé, les motifs ont été obscurcis, mais sont réapparus lorsque les nutriments du milieu de culture ont été consommés par les kératinocytes.
L'équipe a ensuite examiné l'expression génétique dans les kératinocytes, ce qui a révélé que les protéines d'adhésion cellulaire et les protéines de différenciation des kératinocytes étaient régulées à la hausse dans les régions à haute densité. « L'adhésion cellulaire étant nécessaire au développement de régions à haute densité cellulaire, nous avons spécifiquement étudié l'expression de molécules de jonction adhérente (AJ) telles que l'E-cadhérine et l'actine », a expliqué Natsuga. « Nous avons découvert que ces molécules étaient localisées aux jonctions intercellulaires des régions à haute densité. »
Les auteurs ont ensuite utilisé un modèle mathématique pour confirmer que, sous une densité et un stress spatialement uniformes, une forte adhésion cellulaire conduit à la formation de modèles de densité. Ils ont également pu démontrer que les modèles de kératinocytes influençaient la prolifération et la différenciation cellulaires, et que la privation de sérum influençait la stratification épidermique (un type de différenciation) dans les cellules cutanées de souris.
« Notre étude présente un modèle nouveau et robuste de la structuration induite par l'adhésion cellulaire (CAIP) », conclut Natsuga. « Nous avons approfondi notre compréhension mécaniste de l'organisation cellulaire et de ses conséquences sur les décisions relatives au destin cellulaire et à la stratification épithéliale. » L'équipe a démontré que l'adhésion cellule-cellule épithéliale est essentielle et suffisante pour la structuration. Les travaux futurs se concentreront sur l'ajout de variables supplémentaires au modèle pour comprendre d'autres processus qui se produisent simultanément au cours du développement.
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