Hypothèses sur les interactions cellulaires

Les expériences biologiques réalisées dans les années 60 sur les mouvements

auto-induits de certaines cellules ont donné lieu à de nombreuses théories explicatives. Bien

que ces théories soient fondées sur diérents concepts d'adhésion cellulaire, elles se

concentrent sur les forces mises en jeu au niveau des surfaces de contact entre les

cel-lules. Il est assez usuel de classer ces hypothèses en 4 grandes classes [Brodland, 2002] :

l'hypothèse DAH, l'hypothèse DSCH, l'hypothèse specic-CAMs et l'hypothèse DITH.

DAH : Dierential Adhesion Hypothesis

Cette hypothèse, issue d'un parallèle entre un tissu et un uide, a été formulée par

Steinberg à la suite de ses fameuses expériences [Steinberg, 1970]. L'hypothèse DAH

suppose que

1. les cellules adhèrent les unes aux autres,

3. Un agrégat de cellules va avoir tendance à se positionner dans une conguration

qui minimise l'énergie du système.

L'hypothèse DAH est aujourd'hui la plus reconnue biologiquement et c'est en partie sur

cette hypothèse que nous allons fonder notre étude.

DSCH : Dierential Surface Contraction Hypothesis

Harris a eectué un travail parallèle sur le comportement des uides et celui des tissus

[Harris, 1976]. Il a ainsi pu mettre en évidence un certain nombre de diérences qui l'ont

amené à énoncer des hypothèses sur les interactions cellule-cellule. En particulier Harris, a

formulé l'hypothèse de la contraction de surface diérentielle. L'hypothèse DSCH suppose

que

1. les cellules présentent des contractions de surface,

2. la force de contraction est

élevée lorsque la cellule est en contact avec le milieu extracellulaire,

faible lorsque la cellule est en contact avec une cellule d'un autre type

histolo-gique,

la plus faible lorsque la cellule est en contact avec une cellule du même type

histologique.

3. les cellules de diérents types exercent diérents degrés de contraction de surface

lorsqu'elles sont en contact avec le domaine extracellulaire.

Cette hypothèse a permis d'élaborer des modèles d'interactions hétérotypiques

exhi-bant essentiellement des congurations en damier.

Specic CAM-based hypothesis

Dans les années 80, les recherches se sont concentrées sur les phénomènes chimiques

liés à l'adhésion cellulaire. Ces recherches ont notamment permis de découvrir de

nou-velles molécules dédiées spéciquement à l'adhésion cellulaire appelées CAMs (Cell

Adhe-sion Molecules). Friedlander et ses collaborateurs ont mis en avant que les CAMs, et plus

particulièrement les cadhérines (section 3.2), inuencent l'organisation spatiale des

cel-lules [Friedlander et al., 1989]. L'hypothèse Specic CAM-based s'est développée en

99 3.1. Adhésion cellulaire

parallèle de ces recherches et prétend que l'organisation cellulaire d'un tissu dépend de

la nature et de la concentration des structures moléculaires à la surface des cellules.

Il s'avère que cette hypothèse est complémentaire de l'hypothèse DAH proposée par

Steinberg. En eet, elle permet de dénir la force d'adhésion entre deux cellules voisines

qualitativement en décrivant les molécules exprimées au sein des deux cellules considérées,

et quantitativement en mesurant la quantité de ces protéines exprimées par les deux

cellules.

DITH : Dierential Interfacial Tension Hypothesis

Au début des années 2000, certaines expérimentations biologiques ont montré

l'inco-hérence de l'hypothèse DAH [Brodland et Chen, 2000]. Par ailleurs, le concept de

ten-sion de surface diérentielle, qui a débouché sur l'hypothèse DITH, s'est montré

cohé-rent avec ces expérimentations biologiques. L'hypothèse DITH, proposée par Brodland

[Brodland, 2002], suppose que

1. la tension de surface agit le long des frontières entre deux cellules et entre une

cellule et le domaine extracellulaire,

2. la valeur de cette tension dépend des types respectifs des cellules ou du domaine

extracellulaire formant l'interface,

3. cette tension induit des mouvements locaux au niveau des jonctions entre cellules

qui mènent à des congurations spéciques de réarrangement cellulaire comme le

damier.

L'hypothèse DITH ore une alternative intéressante aux autres hypothèses. Son

utilisa-tion pratique reste pour l'instant dicile [Brodland, 2002].

Les diérentes hypothèses proposées sur le fonctionnement de l'adhésion cellulaire

ont été, et sont encore de nos jours, la source de controverses. Malgré les progrès

tech-nologiques dans de nombreux domaines tels que la biologie moléculaire, la biochimie ou

l'imagerie, il semblerait qu'aucune hypothèse générale sur l'adhésion cellulaire ne puisse

être conrmée. Cependant, l'hypothèse biologique la plus couramment admise reste

l'hy-pothèse d'adhésion diérentielle (DAH) proposée par Steinberg. Dans la suite de ce

cha-pitre nous nous placerons sous l'hypothèse DAH qui, dans sa forme originelle, est trop

conceptuelle pour pouvoir être utilisée directement dans un modèle. Ainsi, nous

essaie-rons de coupler l'hypothèse DAH et les connaissances récentes obtenues sur les molécules

d'adhésion cellulaires (CAMs).

Le rôle précis des CAMs (Cellular Adhesion Molecules) a été particulièrement étudié

au cours de années 90. Geiger et Ayalon ont montré que, parmi les CAMs, les

cadhé-rines et les caténines tiennent un rôle prépondérant chez les vertébrés, du fait de leurs

implications dans les jonctions adhérentes [Geiger et Ayalon, 1992]. Ces molécules sont

responsables de l'adhésion et de la force de cette adhésion entre deux cellules voisines,

par la formation d'un complexe appelé complexe Cadhérine-Caténine.

An de mieux comprendre les mécanismes d'adhésion induits par les complexes

Cadhérine-Caténine, il est nécessaire de faire un bilan des connaissances sur la

com-position et le rôle précis joué par ces complexes.

3.2 Le complexe Cadhérine-Caténine : un des agents

prin-cipaux de l'adhésion cellulaire

Les cadhérines sont des glycoprotéines transmembranaires participant à l'adhésion

de type cellule-cellule et à la reconnaissance cellule-cellule [Yap et Goodwin, 2004]. Les

principaux types de cadhérines sont nommés en rapport avec le type de tissu où

celles-ci furent découvertes. Par exemple les E-, N- et VE-cadhérines correspondent

respec-tivement à des cellules épithéliales, nerveuses et endothéliales vasculaires. Une protéine

cadhérine est caractérisée par un domaine extracellulaire et un domaine intracellulaire. Le

domaine extracellulaire se compose exactement de cinq parties extracellulaires répétées

(voir gure 3.1). Les ligants entre deux domaines extracellulaires d'une même cadhérine

sont composés d'ions de calcium (Ca2+). Le domaine intracellulaire d'une cadhérine sert

quant à lui d'intermédiaire entre la cellule et le domaine extracellulaire.

3.2.1 Domaine extracellulaire d'une cadhérine

La liaison entre deux cellules voisines est assurée par des connexions entre de

nom-breuses molécules cadhérines appartenant aux deux cellules. Cette liaison est plus

par-ticulièrement assurée par les domaines extracellulaires des molécules cadhérines. Deux

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