Une introduction à la motilité cellulaire et à la migration

Motilité cellulaire est nécessaire pour de nombreux processus physiologiques et pathologiques, y compris la migration cellulaire durant le développement embryonnaire, la circulation des globules blancs en réponse à l’infection, et les cellules cancéreuses en cours des métastases. Deux protéines cellulaires, actine et myosine, constituent les principaux éléments constitutifs de l’appareil de motilité.

Dans cette vidéo de présentation, nous allons examiner quelques-unes des découvertes de point de repère dans le domaine de la motilité cellulaire et migration. Ensuite, nous allons mettre en évidence quelques questions sans réponse au sujet de la motilité cellulaire, suivie d’une discussion sur les outils classiques et avancées utilisées pour étudier la motilité. Enfin, nous allons conclure avec quelques expériences d’exemple.

Commençons par examiner les découvertes importants associés à ce champ.

Au 17^ème siècle, Anton van Leeuwenhoek, avec l’aide d’un microscope, est devenu la première personne à observer le mouvement des spermatozoïdes et des bactéries. Quelques siècles plus tard, Theodor Wilhelm Engelmann et Wilhelm Pfeffer découvrent axée sur la relance de la motion bactérienne, y compris : phototaxie, ce qui est mouvement influencé par la lumière ; la chimiotaxie — mouvement vers diverses substances chimiques ; et aérotaxie — mouvement en réponse à l’oxygène. Vers la même époque, Ilya Metchnikoff a effectué une expérience fascinante dans laquelle il piqué la larve de l’étoile de mer transparente avec une épine de rose et observé des cellules vers d’autres parties du corps la plaie. Cela a conduit à la notion de migration vers un endroit de la blessure, pionnier du domaine de l’immunologie des leucocytes.

Comprendre le mécanisme du mouvement cellulaire a commencé quelques années auparavant, lorsque l'on étudie un phénomène apparemment indépendant — la contraction des muscles. En 1859, Wilhelm Kühne isolé une protéine de muscle qu’il pensait était responsable de sa rigidité et a appelé la myosine.

En 1942, Brunó Straub de Ferenc a découvert que les préparatifs de la myosine « » contenaient une secondaire de la protéine, l’actine. Nous savons maintenant que l’actine et la myosine interagissent pour former l’actomyosine complexe, qui produit la contraction. En 1974, Margaret Clarke, tout en travaillant sous James Spudich, caractérise l’actomyosine-comme des structures dans les myxomycètes Dictyosteliumet a proposé sa participation au mouvement cellulaire non musculaires.

En 1983, Spudich, ainsi que Michael Sheetz, mis au point une in vitro actomyosine modèle, qui a ouvert la voie à notre compréhension actuelle de leur mécanisme. Nous savons maintenant que l’ATP, une molécule « haute énergie » dans les cellules, se lie à la myosine et alimente la molécule de myosine « ramper » le long d’une molécule d’actine parallèle, générant ainsi une force contractile qui, dans les cellules non musculaires, peut tirer de la cellule vers l’avant pendant la migration.

Après le bref aperçu historique, discutons quelques questions sur la motilité cellulaire que les scientifiques sont posent aujourd'hui.

Les chercheurs sont intéressés à apprendre comment environnement mouvement cellulaire directe de repères. Cellules se déplacent en réponse à une variété de signaux, y compris celles qui animent le développement embryonnaire ou cellules immunitaires alertes aux sites d’infection. Ces signaux est des composés chimiques habituellement libérées par certaines cellules pour induire la migration d’un type spécifique de cellules à leur égard. Par conséquent, étudier le mécanisme de cette induction chimiotactisme peut aider les scientifiques à mieux comprendre les troubles dans quelle cellule migration est perturbée.

Un autre domaine important de l’enquête porte sur les mécanismes moléculaires qui les cellules utilisent pour se déplacer. En plus de l’appareil d’actomyosine qui permet aux cellules avec des formes flexibles d’étendre les saillies et de « crawl » le long des surfaces, les chercheurs cherchent aussi à comprendre comment la motilité cellulaire peut être amplifiée par d’autres éléments du cytosquelette, tels que les microtubules qui forment le « arbre » de la queue des spermatozoïdes, ainsi que les machines moléculaires complexes qui forment des flagelles bactériens.

Enfin, certains scientifiques explorent comment les cellules interagissent entre elles et migrent ensemble dans des groupes qui se produisent au début de l’embryogenèse, ainsi que la processus de cicatrisation.

En outre, parce que les cellules dans le corps effectivement existent au sein d’un maillage de molécules de la matrice extracellulaire, ECM, étudie comment les cellules interagissent avec l’abréviation et envahissent dans l’ECM peut aider dans des phénomènes de compréhension comme les métastases du cancer.

Maintenant que nous avons une idée des questions posées dans le domaine, nous allons apprendre certaines techniques importantes appliquées.

Le dosage zéro est utilisé pour modéliser les cellules épithéliales comment repeupler une zone ouverte — un processus similaire à la cicatrisation. Dans cette procédure, une blessure est créée en exécutant un embout de la pipette dans la boîte de Petri de cellule. Comme les cellules croissent dans cet espace au fil du temps, leurs trajectoires de mouvement pouvaient être suivis à l’aide de logiciel de suivi pour évaluer la vitesse de déplacement et de déplacement.

L’essai de migration transwell est une autre méthode classique utilisée pour l’étude des chimioattraction, c'est-à-dire le processus d’attirer les cellules chimiquement. Dans ce test, solution chimioattractant est ajoutée aux puits, puis les chambres transwell sont placées à l’intérieur de ces puits, et enfin, un type de cellules migratrices est ajouté sur le dessus de la membrane. Le nombre de cellules en migration vers le facteur chimiotactique peut compter à l’aide d’un microscope et un hémocytomètre.

Progrès dans les techniques d’ingénierie ont permis la construction de dispositifs microfluidiques, composée de canaux microfabriques gravé sur un support approprié. Pour des expériences de migration, le canal a habituellement deux ports : un pour l’ajout d’une suspension de cellules et l’autre pour l’ajout d’un stimulus chimique. L’effet du stimulus sur le comportement migratoire des cellules peut ensuite être étudié sous un microscope.

Afin d’étudier l’invasion des cellules dans l’ECM, les chercheurs peuvent effectuer des analyses d’invasion 3D. Dans cette méthode, les scientifiques culture de cellules dans des matrices tridimensionnels constitués d’éléments comme le collagène. Puis, avec l’aide de logiciels sophistiqués, ils peuvent suivre invasion en trois dimensions. Cette méthode est particulièrement utile pour étudier le développement de tumeurs.

Enfin, Time-lapse fluorecence peut servir à suivre des cellules vivantes en vivo. Gènes codant des protéines fluorescentes peuvent être introduits dans un modèle animal. La voie de migration des cellules exprimant maintenant des protéines fluorescentes peut être tracée à l’aide de méthodes d’imagerie sophistiquées, telles que la microscopie biphotonique.

Maintenant, nous allons examiner certaines applications actuelles de ces analyses de motilité et de la migration des cellules.

Tel que discuté, la migration cellulaire joue un rôle essentiel dans les métastases tumorales. Ici, les scientifiques cultivés noyées dans une matrice avec des tranches de cerveau dans une chambre de transwell des cellules tumorales. Après incubation, les échantillons ont été colorées et analysés par immunofluorescence. Les résultats ont démontré l’invasion par les cellules tumorales dans les tranches de cerveau.

Suite à une infection, cellules libèrent des chimiokines, qui sont des protéines chimioattractant qui induisent la migration des neutrophiles. Les neutrophiles sont des phagocytes, qui font partie intégrante du système immunitaire inné. Ici, les chercheurs ont évalué ce phénomène en utilisant un test de migration transwell. Ils étalent des cellules épithéliales infectées par les bactéries sur la partie inférieure de la membrane, tandis que les neutrophiles ont été cultivés sur la face supérieure. Résultats ont montré des importantes migrations neutrophiles en présence de cellules infectées.

Enfin, microfluidique chambre dosages peuvent être utilisés pour examiner la chimiotaxie bactérienne. Ici, les scientifiques évalués attractif et répulsives propriétés de deux substances — le sulfate de nickel et de L-aspartate — en utilisant une chambre spécialisée microfluidique qui pourrait tester plusieurs concentrations dans une expérience. Les données obtenues ont démontré qu’avec une augmentation attractif et répulsive concentration, migration bactérienne vers et loin les molécules de test aussi augmenté, respectivement.

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