Une équipe de recherche japonaise a découvert un nouveau phénomène coopératif mondial d'interactions cellulaires dans les cellules cancéreuses du col de l'utérus. Leurs résultats suggèrent que les cellules sont connectées métaboliquement dans un réseau fonctionnel. Le cadre qu'ils ont utilisé dans leurs études pourrait s'avérer utile pour étudier l'état caché d'un groupe de cellules.
La recherche est publiée dans la revue Rapports scientifiques le 3 mars 2025.
L'équipe a découvert un nouveau phénomène coopératif mondial, un réseau d'interaction causal caché, dans les monocouches des cellules cancéreuses cervicales HeLa qui présentaient des oscillations métaboliques. Les cellules HeLa sont des cellules humaines dérivées de cellules cancéreuses du col de l'utérus tirées d'un patient cancéreuse en 1951. Ce sont la première lignée cellulaire humaine immortelle et ont été un outil vital dans la recherche médicale.
Ces oscillations métaboliques dans les cellules cancéreuses décrivent les fluctuations rythmiques. Ils se produisent dans les concentrations de métabolites dans la voie glycolytique, c'est-à-dire que les réactions qui se produisent sous forme de glucose sont converties. Les scientifiques observent souvent ces fluctuations rythmiques dans les cellules cancéreuses, en particulier celles avec une activité glycolytique élevée. Ces oscillations peuvent fournir un aperçu de l'activité métabolique des cellules cancéreuses et potentiellement leurs interactions avec d'autres cellules dans le microenvironnement tumoral. « La connaissance de ces« hubs de cellules cancer »peut ouvrir la voie à de nouvelles thérapies contre le cancer», a déclaré Takashi Amemiya, professeur à la Yokohama National University.
Le terme phénomène coopératif mondial décrit des modèles ou des comportements qui se produisent lorsque des éléments individuels d'un système interagissent. Le phénomène coopératif mondial que l'équipe a découvert a présenté des caractéristiques d'un réseau à grande échelle. « Cela suggère que les cellules clés remplissent une fonction de type hub dans le réseau et que la population de cellules HeLa forme un réseau fonctionnel connecté métaboliquement plutôt qu'un réseau connecté au hasard », a déclaré Amemiya. L'équipe a découvert la structure du réseau caché en analysant la causalité entre les cellules oscillantes en utilisant une méthode statistique appelée cartographie croisée convergente.
Le cadre proposé dans cette étude est utile pour étudier l'état caché d'un groupe de cellules et peut accélérer des études sur les phénomènes métaboliques cellulaires, y compris les oscillations métaboliques dans les cellules bêta dans les îlots de Langerhans. «
Takashi Amemiya, professeur, Université nationale de Yokohama
Les îlots de Langerhans sont des grappes cellulaires qui travaillent ensemble pour réguler la glycémie du corps. Le cadre de l'équipe pourrait également être appliqué à des systèmes d'oscillateurs faiblement couplés qui peuvent inclure des phénomènes coopératifs cachés.
Il reste beaucoup à apprendre sur le métabolisme des cellules cancéreuses. Jusqu'à cette équipe étudiant les cellules cancéreuses du col de l'hétérus en 2017, aucune étude n'a rapporté de preuves d'oscillations métaboliques dans les cellules cancéreuses à des niveaux de cellules individuelles. Les cellules ont oscillé indépendamment et n'ont montré aucune synchronisation dans leurs oscillations. « Nous avons supposé que les interactions cellule-cellule étaient trop faibles pour induire une synchronisation, mais de telles interactions cellule-cellule faibles et cachées peuvent être révélées par l'analyse de la causalité des oscillations par la méthode de cartographie croisée convergente. » Cette méthode est basée sur la reconstruction de l'espace de phase des données de séries chronologiques. Les chercheurs l'utilisent pour trouver la causalité dans des composants faiblement couplés des systèmes dynamiques non linéaires.
Pour l'avenir, l'équipe note que les caractéristiques d'un réseau large peuvent être appliquées à l'interaction métabolique causale dans le cancer. Ils suggèrent que l'interaction causale des oscillations glycolytiques dans les cellules HeLa était probablement due à l'échange d'un lactate. Ainsi, un réseau de symbiose complexe médié par le lactate peut émerger dans le microenvironnement du cancer dans le corps humain. De plus, la symbiose métabolique est connue pour améliorer la malignité du cancer en offrant aux cellules cancéreuses des possibilités d'obtenir leur énergie efficacement à partir d'autres cellules ou de s'adapter aux micro-environnements tissulaires. « Notre objectif est de trouver un nouveau moyen pour les thérapies contre le cancer en fonction de la connaissance des » centres de cancer « , qui peuvent briser les réseaux possibles de symbiose énergétique dans le cancer », a déclaré Amemiya.
L'équipe de recherche comprend Takashi Amemiya, Ikuma Fujita et Kenichi Shibata de l'Université nationale de Yokohama; Susumu Shuto de l'Université nationale de Yokohama et de Toshiba Electric Devices & Storage Corp.; Kazuyuki Nakamura et Tomohiko Yamaguchi de l'Université Meiji; et Masatoshi Watanabe de l'Université Mie.
La recherche est financée par des subventions de JSPS Kakenhi et MEXT Promotion du programme distinctif du centre de recherche conjoint et un projet de recherche coopératif de l'Université nationale de Yokohama.
