48 Figure 13. Extrusion des cellules apoptotiques. A) Illustration de trois cellules épithéliales dont une (cellule rose) reçoit des signaux apoptotiques déclenchant son processus d’extrusion cellulaire. Au cours de l’apoptose, cette cellule accumule basalement de l’Actine et de la Myosine et est finalement extrudée apicalement. B) En haut à gauche ; images en temps réel du marquage E-Cadhérine (E-cad-GFP) montrant la réduction de la surface apicale d’une cellule apoptotique (trait jaune) dans le tissu du notum chez la drosophile. La réduction de son aire se fait de façon symétrique, le nombre de contacts avec les cellules voisines étant maintenu, ce qui conduit à la formation de structures en rosette (schéma du bas). A droite ; quantification de l’aire apicale de la cellule apoptotique montrée à gauche en fonction de son nombre de jonctions. Le nombre de jonctions commence à être réduit lorsque la cellule a diminué cinq fois son aire initiale. C) Image de cellules MDCK en culture montrant une cellule apoptotique identifiée par le petit noyau révélé par le marquage DAPI (bleu). Cette cellule accumule la Myosine (vert) et l’Actine (rouge) en forme d’anneau au niveau de ses jonctions. La formation de l’anneau d’acto-myosine indique que la cellule est dans la première phase du processus d’extrusion cellulaire. D) Images en temps réel de cellules épithéliales exprimant la E-Cadhérine (E-Cad ::GFP) pendant la morphogenèse de la patte de la drosophile. En haut une vue apicale et en bas une vue sagittale du tissu. En haut, une cellule apoptotique réduit sa surface apicale progressivement (orange) jusqu’à l ‘effondrement au collapse de ce domaine t=0. D’après Eisenhoffer et al., 2012; Gu
49 L’élimination des cellules épithéliales se fait par extrusion cellulaire et implique activement les cellules
voisines (Rosenblatt et al., 2001). L’extrusion cellulaire peut avoir lieu soit par le domaine apical,
dirigeant ainsi la cellule extrudée vers le lumen de l’épithélium, soit par le domaine basal, ce qui dirige
alors la cellule vers le tissu sous-jacent. Chez les vertébrés et la drosophile, les deux orientations
d’extrusion ont été décrites, bien que l’extrusion apicale soit plus fréquente chez les premiers, tandis
que l’extrusion basale se retrouve principalement chez la deuxième (Gudipaty and Rosenblatt, 2016).
Deux types d’extrusion cellulaire ont été identifiés à ce jour : une extrusion des cellules apoptotiques
et une extrusion des cellules vivantes.
Dans l’extrusion des cellules apoptotiques, l’extrusion de cellules est une conséquence de leur état
apoptotique. Un stimulus apoptotique est le signal qui déclenche cette mort cellulaire (Figure 13A).
Dans l’extrusion des cellules vivantes, les cellules sont encore vivantes lorsqu’elles sont extrudées et
une contrainte mécanique générée par la surpopulation est à l’origine de cette extrusion (Figure 14A).
Dans ce dernier type d’extrusion, le côté par lequel les cellules quittent l’épithélium est crucial pour
déterminer leur destin. Si l’extrusion est apicale, ces cellules meurent en absence de signaux
trophiques car le lumen des épithéliums de recouvrement est une cavité creuse. En revanche, si elles
sont extrudées basalement, elles peuvent être phagocytées par des macrophages ou bien migrer et
envahir d’autres tissus (Gudipaty and Rosenblatt, 2016).
Des études in vivo et in vitro faites sur des cellules où l’apoptose était physiologique ou induite ou
faites sur des tissus surpeuplés ont permis d’identifier que les deux types d’extrusion s’effectuaient
en deux phases (Gudipaty and Rosenblatt, 2016; Kuipers et al., 2014; Marinari et al., 2012; Rosenblatt
et al., 2001). Une première phase dans laquelle il y a la formation d’un anneau circonférentiel
d’acto-myosine dans les cellules à être extrudées (Figure 13C et 14C) suivi par une deuxième phase dans
laquelle l’anneau d’acto-myosine est formé dans le domaine latérale des cellules voisines.
Les premiers évènements morphologiques des extrusions des cellules vivantes ou apoptotiques ont
51 sont extrudées majoritairement par le domaine basal. Marinari et al., 2012 ont montré que pendant
le développement du notum, les cellules vivantes et les cellules apoptotiques à être extrudées
remodèlent leur domaine apical de façon différente. Tandis que dans l’extrusion des cellules vivantes,
la cellule à être extrudée réduit progressivement son nombre de jonctions impliquant un changement
de ses voisins (Figure 14B), dans l’extrusion apoptotique, les jonctions de cette cellule diminuent leur
longueur de façon symétrique mais sans changer en nombre (Figure 13B). Ces différents types de
remodelage conduisent à la diminution de l’aire du domaine apical. Ils ont également observé que
quand le domaine apical de la cellule à être extrudée est diminué d’environ 25% par rapport à son aire
initiale, le cytosquelette d’acto-myosine s’accumule apicalement de façon circonférentielle et génère
la force contractile pour fermer ce domaine et donc détacher la cellule constituant ainsi la premier
phase de l’extrusion (Figure 13C et 14C). Cet anneau est aussi observé dans les cellules à être
extrudées chez les vertébrés (Gu et al., 2011a; Gudipaty and Rosenblatt, 2016; Kuipers et al., 2014;
Slattum et al., 2009). De cette façon, si l’extrusion est apicale, cet anneau d’acto-myosine est formé
dans le domaine basal de la cellule tandis que si l’extrusion est basale, il est formé apicalement. Le
rôle autonome cellulaire de cet anneau d’acto-myosine a été établi par des études d’inhibition de
Myosine ou de ses régulateurs chez les vertébrés (Gu et al., 2011a; Kuipers et al., 2014; Slattum et al.,
2009) ainsi que par l’expression stable de deux transgènes d’Actine fusionnés à différents gènes
codant des protéines fluorescentes dans des cellules en culture MDCK (Kuipers et al., 2014). Cette
phase de remodelage apical et contraction de l’anneau d’acto-myosine a une durée de 40-50 minutes
(Kuipers et al., 2014, Marinari et al 2012)
Par ailleurs, la réduction de la surface apicale au cours de l’élimination des cellules épithéliales peut
se faire par un autre mécanisme comme il a été mis en évidence lors de la morphogenèse de la patte
chez la drosophile et de façon ectopique dans d’autres tissus (Figure 13D) (Monier et al., 2015). Il a
été montré qu’un câble apico-basal de Myosine, mis en place par l’activité des Caspases, conduisait à
52 Figure 14. Extrusion des cellules vivantes. A) Illustration de cellules épithéliales sous l’influence de forces mécaniques (flèches grises) générées par la surpopulation du tissu. Ces forces déclenchent le processus d’extrusion cellulaire dans une de ces cellules (cellule orange). Cette cellule accumule basalement de l’Actine et de la Myosine et est finalement extrudée apicalement encore vivante. B) En haut à gauche, images en temps réel du marquage E-Cadhérine (E-cad-GFP) montrant la réduction de la surface apicale d’une cellule qui va être extrudée lorsqu’elle est encore vivante (trait jaune) dans le tissu du notum chez la drosophile. La réduction de son aire se fait de façon asymétrique, accompagnée d’un changement du nombre de contacts avec les cellules voisines (traits rouges) au cours du temps (schéma du bas). A droite, un graphique montrant la quantification de l’aire apicale de la cellule montrée à gauche en fonction de son nombre de jonctions. L’aire de la surface apicale diminue avec la réduction du nombre de jonctions. C) Image de cellules MDCK en culture avec leurs noyaux identifiés par le DAPI (en bleu). Dans une de ces cellules, la F-Actine (en rouge) est accumulée en forme d’anneau au niveau de ses jonctions. La formation de l’anneau d’acto-myosine indique que la cellule est dans la première phase du processus d’extrusion cellulaire. Cette cellule n’est pas marquée par l’anticorps anti-Caspase (en vert) indiquant qu’elle est encore vivante. D’après Eisenhoffer et al., 2012; Marinari
53 de ses cellules voisines, via l’accumulation de Myosine dans leurs JA par des signaux encore inconnus.
Dans tous les cas, cette première phase d’extrusion cellulaire s’achève avec le détachement apical de
la cellule et dure entre 15 et 30 minutes.
Dans la deuxième phase de l’extrusion des cellules épithéliales, un anneau d’acto-myosine se forme
cette fois dans le domaine latéral des cellules voisines en contact avec les cellules à être extrudées et
il est nécessaire pour générer la force pour l’extrusion. La perturbation de l’actine ou de la myosine
dans les cellules voisines conduit à une inhibition de l’extrusion des cellules. Par exemple dans
l’extrusion d’une cellule apoptotique, lorsqu’elle meurt, des espaces sont créés et la fonction de
barrière de l’épithélium est compromise (Gu et al., 2011a). La contraction latérale requiert l’aide des
microtubules dans les cellules voisines ainsi que dans la cellule qui va être extrudée afin d’établir
l’orientation de l’extrusion de cette dernière (Slattum et al., 2009). Si la formation de ces microtubules
est affectée dans cette cellule, l’extrusion se fait quand même mais l’orientation de celle-ci s’inverse
(Gudipaty and Rosenblatt, 2016).
L’extrusion des cellules apoptotiques aussi bien que celle des cellules vivantes implique la formation
d’anneaux d’acto-myosine dans les cellules qui doivent être extrudées ainsi que dans les cellules
voisines afin de générer la force qui permettra le détachement et l’extrusion des cellules.