Cette étude d’une équipe du Max-Planck-Gesellschaft (Cologne) nous permet de mieux comprendre le processus sous-jacent à la santé et l’équilibre cutané, un processus crucial en biologie du vieillissement mais aussi en cicatrisation, épithélialisation et tout simplement régénération de la peau. En effet les cellules souches qui s’apprêtent à se différencier en cellules de la peau détectent la densité cellulaire « dans leur voisinage » pour décider de leur comportement et de leur spécialisation. Des travaux présentés dans la revue Nature Cell Biology qui expliquent pour la première fois comment un tissu complexe tel que la peau humaine peut s’auto-générer ou se regénérer et maintenir sa structure grâce à quelques principes plutôt simples d'auto-organisation.
La peau humaine est un organe remarquable qui nous offre cette barrière de protection contre les pathogènes, les substances toxiques et autres. Notre peau doit constamment se renouveler tout au long de notre vie, être capable de changer sa taille pour s'adapter parfaitement et couvrir le corps qui évolue aussi et de s’autoréparer en cas de lésion ou de plaie. Pour parvenir à relever un défi si complexe et si dynamique, chaque cellule de la peau a sa tâche spécifique à accomplir, et cette tâche dépend de sa position.
Ces experts allemands en biologie du vieillissement montrent que la densité cellulaire et/ou la surpopulation cellulaire jouent un rôle crucial les décisions de destinée des cellules souches et les mouvements des cellules différenciées vers la surface des tissus. Ce facteur de densité cellulaire va permettre que les différents types de cellules de la peau soient correctement positionnés dans le tissu.
Ni trop, ni trop peu et chacun à sa place : l'épiderme adulte est constitué de différentes couches cellulaires. Les cellules souches résident dans la couche inférieure où leur tâche est de produire de nouvelles cellules qui se différencient ensuite et se déplacent vers le haut vers la couche supérieure plus spécialisée. Ce processus de différenciation implique des changements permanents dans les propriétés des cellules pour préserver la fonction de barrière de la peau ou la reconstruire en cas de plaie. La peau doit maintenir un nombre équilibré de cellules souches et différenciées, car la perte d'un équilibre correct entraînerait une structure tissulaire aberrante et, par conséquent, une fonction. La façon dont cet équilibre complexe est possible était mal comprise jusqu’à cette étude.
Les cellules cutanées savent où aller et ce qu'elles sont censées faire ! Les chercheurs ont analysé des tissus de souris embryonnaires et des cellules souches en culture (Visuel ci-dessous) en laboratoire, pour décrypter ce mécanisme élégant basé sur un principe de guidage mécanique : c’est en effet le stress local induit par un « surpeuplement cellulaire » qui guide la division et la différenciation cellulaire : « Nous observons que la division des cellules souches induit un effet d'encombrement local sur la couche de cellules souches qui influence les cellules du voisinage de cet événement, et cette (com)pression déclenche la différenciation de la cellule voisine », explique l’auteur principal. Les cellules serrées modifient leurs propriétés, ce qui leur permet de « s'échapper » de la contrainte locale de pression. En un mot, les cellules perçoivent ce que font les cellules voisines et agissent de manière complémentaire et par compensation. Ce processus permet de maintenir la taille, l'architecture et la fonction des tissus.
Quelques principes très simples d'auto-organisation ? Ces travaux montrent pour la première fois comment ce tissu complexe, la peau humaine, peut se régénérer en cas de plaie ou maintenir sa structure au cours du vieillissement grâce à des principes très simples d'auto-organisation. Ici, l’étude a donné lieu à une modélisation informatique, qui, combinée à des données de biologie cellulaire permettra de mieux comprendre comment les aléas (de type plaies) ou les mutations génétiques qui se produisent au cours de la prolifération des cellules souches peuvent venir entraver ce processus.
Car tout n’est pas si simple, en cas de retard de cicatrisation, de plaie chronique ou infectée, par exemple.
Source: Nature Cell Biology Adhesion forces and cortical tension couple cell proliferation and differentiation to drive epidermal stratification. (Visuel 2 MPI f. Biology of Ageing)
