Expression génique modifiée par la direction des forces agissant sur la cellule – ScienceDaily

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Les tissus et les cellules du corps humain sont soumis à une poussée et une traction constantes – sollicitées par d’autres cellules, la pression artérielle et le flux de fluide, pour n’en nommer que quelques-uns. Le type et la direction de la force sur une cellule modifient l’expression génique en étirant différentes régions d’ADN, ont découvert des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign et des collaborateurs en Chine dans une nouvelle étude.

Les résultats pourraient fournir des informations sur la physiologie et les maladies telles que la fibrose, les maladies cardiovasculaires et le cancer malin, ont déclaré les chercheurs.

«La force est partout dans le corps humain, et les forces tant externes qu’internes peuvent influencer votre corps bien plus que vous n’auriez pu le penser», a déclaré le chef de l’étude Ning Wang, professeur de sciences mécaniques et d’ingénierie à l’Illinois. “Ces souches influencent profondément les comportements cellulaires et les fonctions physiologiques, qui sont initiées au niveau de l’expression des gènes.”

Les effets des forces physiques et des signaux sur les cellules, les tissus et les organes ont été moins étudiés que ceux des signaux et réponses chimiques, mais les forces physiques jouent un rôle important dans la façon dont les cellules fonctionnent et réagissent à leur environnement, a déclaré Wang.

La plupart des études cherchant à comprendre la mécanique des cellules appliquent une force à l’aide d’une sonde de microscope en porte-à-faux pour toucher la surface d’une cellule ou d’un faisceau laser focalisé pour déplacer une minuscule particule sur la surface. Cependant, ces techniques ne peuvent se déplacer que dans une seule dimension. Cette image incomplète laisse des questions fondamentales sans réponse, a déclaré Wang – par exemple, la différence dans les réponses à la contrainte de cisaillement due à la circulation sanguine et à l’étirement de la pression artérielle.

Wang et ses collaborateurs ont développé une méthode qui leur permet de déplacer une bille magnétique dans n’importe quelle direction, leur donnant une image de la façon dont les forces agissent sur une cellule en 3D. Ils appellent cela la cytométrie à torsion magnétique tridimensionnelle.

Ils ont constaté que la force de la bille magnétique provoquait une augmentation rapide de l’expression de certains gènes, mais que le montant de l’augmentation dépendait de la direction dans laquelle la bille se déplaçait. Lorsque la bille roulait le long du grand axe de la cellule, l’augmentation était la plus faible, mais lorsque la force était appliquée perpendiculairement – à travers le petit axe de la cellule – l’activité du gène augmentait le plus. Lorsque le cordon était déplacé à un angle de 45 degrés ou tourné dans le même plan que la cellule pour induire une contrainte de cisaillement, la réponse était intermédiaire.

«Ces observations montrent que la régulation positive et l’activation des gènes sont très sensibles au mode de la force appliquée, lorsque l’amplitude de la force reste inchangée», a déclaré Wang.

Dans d’autres expériences, les chercheurs ont découvert que la raison de la différence réside dans la méthode selon laquelle les forces sont relayées vers le noyau de la cellule, où l’ADN est logé. Les cellules ont un réseau de structures de support appelé cytosquelette, et les principaux éléments porteurs de force sont de longues fibres de la protéine actine. Lorsqu’ils se plient sous l’effet d’une force, ils relaient cette force au noyau et étirent les chromosomes.

Ces fibres d’actine courent dans le sens de la longueur le long de la cellule. Ainsi, lorsque la force les sollicite dans le sens de la largeur, ils se déforment davantage, étirant davantage les chromosomes et provoquant une plus grande activité génique, ont découvert les chercheurs. Ils ont publié leurs résultats dans la revue Communications de la nature.

“Une fibre de stress est comme une corde de violon tendue. Lorsqu’une tension est appliquée sur l’axe court de la cellule, c’est comme lorsqu’une personne pince une corde de violon verticalement dans la direction de la corde pour produire un son plus fort et plus puissant”, a déclaré Wang m’a dit.

La prochaine étape des chercheurs consistera à créer des modèles de maladies pour voir comment différentes forces pourraient aider à expliquer le mécanisme de certaines maladies et à identifier les cibles ou applications thérapeutiques possibles.

“Dans certaines maladies, telles que la calcification de la valve aortique, l’athérosclérose artérielle, la fibrose hépatique ou les tumeurs malignes, ces réponses cellulaires et cette adaptation tournent mal, provoquant un fonctionnement anormal des tissus et des organes”, a déclaré Wang. “C’est la première fois que le mécanisme des différentes réponses biologiques des cellules vivantes à la direction des forces au niveau des gènes a été révélé, donc peut-être qu’avec notre approche tridimensionnelle, nous pouvons mieux comprendre ces maladies.”

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