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Qu'est-ce qu'une queue mécanique ?


J'assistais à une conférence sur la neurogenèse. Ainsi, un professeur posait une question liée aux indices biochimiques et aux indices mécaniques (liés aux voies de signalisation, je crois). Pour autant que je sache, le signal est un signal, n'est-ce pas ? Le signal biochimique est compréhensible pour moi.

Mais que signifie la queue mécanique ?


La pression mécanique, le stress, la déformation ou la distorsion sont des indices mécaniques. En général, les signaux captés par les mécanorécepteurs sont des signaux mécaniques !


Où vont les cellules : les indices mécaniques et chimiques collaborent pour les guider

Les cellules vivantes répondent aux signaux biochimiques en se déplaçant vers celles à plus forte concentration, un processus soigneusement tracé par les biologistes au cours des dernières décennies. Mais les cellules se déplacent également en réponse à des forces mécaniques, telles que se cogner contre d'autres objets – bien que les détails de cette action aient été mal compris. Maintenant, les résultats d'une nouvelle étude, publiés le 7 novembre dans la revue PNAS, révèlent que les cellules utilisent le même réseau de molécules pour réagir aux signaux chimiques et mécaniques, leur permettant de combiner des signaux potentiellement contradictoires dans un chemin unifié.

Parce que le mouvement cellulaire est crucial pendant le développement embryonnaire, les métastases tumorales, la cicatrisation des plaies et la réponse des cellules immunitaires aux bactéries et aux virus, les résultats rapprochent les scientifiques de la compréhension de ces processus biologiques, selon les chercheurs.

« Dans la vraie vie, les signaux chimiques ne se produisent pas isolément », explique Peter Devreotes, Ph.D., professeur d'embryologie Isaac Morris et Lucille Elizabeth Hay à Johns Hopkins. "Nos expériences aident à expliquer comment ils peuvent recevoir des signaux directionnels de plusieurs sources et les intégrer pour guider leur mouvement."

L'équipe de recherche de Devreotes s'est appuyée sur ses études antérieures sur le mouvement cellulaire en réponse à des signaux chimiques, un processus appelé chimiotaxie. En travaillant avec l'amibe unicellulaire Dictyostelium discoideum, qui utilise des projections en forme de doigt pour se déplacer, l'équipe a principalement examiné les actions des amibes flottant librement dans des flacons, mais Yulia Artemenko, Ph.D., une ancienne stagiaire postdoctorale au laboratoire de Devreotes, voulait observer le processus dans les cellules adhérant à une surface, comme elles le seraient dans leur environnement naturel. Pour la nouvelle étude, elle a mis quelques-uns des organismes dans deux plats et a attendu qu'ils se fixent à la surface. Ensuite, elle a ajouté un signal chimique, cAMP, à un plat et l'a doucement secoué pour distribuer le signal à l'autre, elle n'a rien ajouté mais l'a tout de même secoué comme contrôle.

À sa grande surprise, rapporte-t-elle, la réponse des cellules dans les deux plats était identique. Après avoir exclu d'éventuelles erreurs, l'équipe a commencé à soupçonner que les cellules de la boîte de contrôle réagissaient au flux mécanique du fluide - appelé contrainte de cisaillement - de la même manière qu'elles réagissent normalement au signal chimique.

Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont soumis les cellules à une contrainte de cisaillement dans une chambre spéciale et ont recherché des réponses typiques de chimiotaxie. Plus précisément, ils ont analysé les propriétés changeantes de six protéines dans les cellules à l'aide d'un microscope et ont découvert qu'elles suivaient des schémas de localisation équivalents à ceux des cellules répondant aux signaux chimiques. Ensuite, ils ont évalué biochimiquement les activités de quatre autres protéines connues pour être actives pendant la chimiotaxie et ont obtenu le même résultat.

« Les cellules ont environ 30 réponses différentes aux signaux chimiques, et nous en avons testé plus d'un tiers », explique Devreotes, directeur du département de biologie cellulaire de la faculté de médecine de l'université Johns Hopkins. "Chacun ressemblait à une réponse à un signal chimique, mais était en fait une réponse à un signal mécanique - dans ce cas, une contrainte de cisaillement."

Une autre caractéristique de la réponse cellulaire aux signaux chimiques est que sa sensibilité se répète dans un cycle : les signaux doivent atteindre un certain niveau avant que le système ne réponde, puis il répond à son maximum, puis il entre dans une période de non-réponse avant de pouvoir répondre à nouveau. Lorsqu'elles sont soumises à une contrainte de cisaillement, les cellules ont présenté le même comportement, explique Devreotes. Non seulement cela, s'ils recevaient un signal mécanique, ils ne répondaient pas aux signaux chimiques jusqu'à l'expiration de cette période de non-réponse.

Parmi les autres auteurs du rapport figurent Lucas Axiotakis Jr., Jane Borleis et Pablo Iglesias de l'Université Johns Hopkins.

Ce travail a été soutenu par des subventions de l'Institut national des sciences médicales générales (R35 GM118177).


Où vont les cellules : les signaux mécaniques et chimiques collaborent pour les guider

Les cellules vivantes répondent aux signaux biochimiques en se déplaçant vers celles à plus forte concentration, un processus soigneusement tracé par les biologistes au cours des dernières décennies. Mais les cellules se déplacent également en réponse à des forces mécaniques, telles que se heurter à d'autres objets, bien que les détails de cette action aient été mal compris. Maintenant, les résultats d'une nouvelle étude, publiés le 7 novembre dans la revue PNAS, révèlent que les cellules utilisent le même réseau de molécules pour réagir aux signaux chimiques et mécaniques, leur permettant de combiner des signaux potentiellement contradictoires dans un chemin unifié.

Parce que le mouvement cellulaire est crucial pendant le développement embryonnaire, les métastases tumorales, la cicatrisation des plaies et la réponse des cellules immunitaires aux bactéries et aux virus, les résultats rapprochent les scientifiques de la compréhension de ces processus biologiques, selon les chercheurs.

"Dans la vraie vie, les signaux chimiques ne se produisent pas isolément", explique Peter Devreotes, Ph.D., professeur d'embryologie Isaac Morris et Lucille Elizabeth Hay à Johns Hopkins. "Nos expériences aident à expliquer comment ils peuvent recevoir des signaux directionnels de plusieurs sources et les intégrer pour guider leur mouvement."

L'équipe de recherche de Devreotes s'est appuyée sur ses études antérieures sur le mouvement cellulaire en réponse à des signaux chimiques, un processus appelé chimiotaxie. En travaillant avec l'amibe unicellulaire Dictyostelium discoideum, qui utilise des projections en forme de doigt pour se déplacer, l'équipe a principalement examiné les actions des amibes flottant librement dans des flacons, mais Yulia Artemenko, Ph.D., une ancienne stagiaire postdoctorale au laboratoire de Devreotes, voulait observer le processus dans les cellules adhérant à une surface, comme elles le seraient dans leur environnement naturel. Pour la nouvelle étude, elle a mis quelques-uns des organismes dans deux plats et a attendu qu'ils se fixent à la surface. Ensuite, elle a ajouté un signal chimique, cAMP, à un plat et l'a doucement secoué pour distribuer le signal à l'autre, elle n'a rien ajouté mais l'a tout de même secoué comme contrôle.

À sa grande surprise, rapporte-t-elle, la réponse des cellules dans les deux plats était identique. Après avoir exclu d'éventuelles erreurs, l'équipe a commencé à soupçonner que les cellules de la boîte de contrôle réagissaient au flux mécanique du fluide - appelé contrainte de cisaillement - de la même manière qu'elles réagissent normalement au signal chimique.

Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont soumis les cellules à une contrainte de cisaillement dans une chambre spéciale et ont recherché des réponses typiques de chimiotaxie. Plus précisément, ils ont analysé les propriétés changeantes de six protéines dans les cellules à l'aide d'un microscope et ont découvert qu'elles suivaient des schémas de localisation équivalents à ceux des cellules répondant aux signaux chimiques. Ensuite, ils ont évalué biochimiquement les activités de quatre autres protéines connues pour être actives pendant la chimiotaxie et ont obtenu le même résultat.

"Les cellules ont environ 30 réponses différentes aux signaux chimiques, et nous en avons testé plus d'un tiers", explique Devreotes, directeur du département de biologie cellulaire de la faculté de médecine de l'université Johns Hopkins. "Chacun ressemblait à une réponse à un signal chimique, mais était en fait une réponse à un signal mécanique - dans ce cas, une contrainte de cisaillement."

Une autre caractéristique de la réponse cellulaire aux signaux chimiques est que sa sensibilité se répète dans un cycle : les signaux doivent atteindre un certain niveau avant que le système ne réponde, puis il répond à son maximum, puis il entre dans une période de non-réponse avant de pouvoir répondre à nouveau. Lorsqu'elles sont soumises à une contrainte de cisaillement, les cellules ont présenté le même comportement, explique Devreotes. Non seulement cela, s'ils recevaient un signal mécanique, ils ne répondaient pas aux signaux chimiques jusqu'à l'expiration de cette période de non-réponse.

Parmi les autres auteurs du rapport figurent Lucas Axiotakis Jr., Jane Borleis et Pablo Iglesias de l'Université Johns Hopkins.

Ce travail a été soutenu par des subventions de l'Institut national des sciences médicales générales (R35 GM118177).

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Des chercheurs découvrent qu'un signal mécanique est à l'origine de la décision de mort cellulaire

Les instabilités hydrauliques dictent les volumes de cellules germinales et de ballons. Gauche : Image de deux ballons connectés par un tube central, tout nouvel air venant par le tuyau blanc gonflera le ballon rouge plutôt que le bleu. À droite : image confocale à disque tournant de cellules germinales de C. elegans interconnectées. Actine corticale [&hellip]

Chez de nombreuses espèces dont l'homme, les cellules responsables de la reproduction, les cellules germinales, sont souvent fortement interconnectées et partagent leur cytoplasme. Chez le nématode hermaphrodite Caenorhabditis elegans, jusqu'à 500 cellules germinales sont connectées les unes aux autres dans la gonade, le tissu qui produit les ovules et le sperme. Ces cellules sont disposées autour d'un «corridor» cytoplasmique central et échangent du matériel cytoplasmique favorisant la croissance cellulaire et produisent finalement des ovocytes prêts à être fécondés.

Dans des études antérieures, les chercheurs ont découvert que les gonades de C. elegans génèrent plus de cellules germinales que nécessaire et que seulement la moitié d'entre elles se développent pour devenir des ovocytes, tandis que le reste rétrécit et meurt par apoptose physiologique, une mort cellulaire programmée qui se produit dans les organismes multicellulaires. Désormais, des scientifiques du Centre de biotechnologie de la TU Dresden (BIOTEC), de l'Institut Max Planck de biologie cellulaire et de génétique moléculaire (MPI-CBG), du pôle d'excellence Physique du vivant (PoL) de la TU Dresde, de l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes (MPI-PKS), le Flatiron Institute, NY, et l'Université de Californie, Berkeley, ont trouvé des preuves pour répondre à la question de savoir ce qui déclenche cette décision de destin cellulaire entre la vie et la mort dans la lignée germinale.

Des études antérieures ont révélé la base génétique et les signaux biochimiques qui entraînent la mort cellulaire physiologique, mais les mécanismes qui sélectionnent et initient l'apoptose dans les cellules germinales individuelles restent flous. Au fur et à mesure que les cellules germinales mûrissent le long de la gonade du nématode, elles se développent d'abord collectivement en taille et en volume de manière homogène. Dans l'étude qui vient d'être publiée dans Physique de la nature, les scientifiques montrent que cette croissance homogène passe soudainement à une croissance hétérogène où certaines cellules deviennent plus grosses et d'autres plus petites.

Le chercheur Nicolas Chartier dans le groupe de Stephan Grill, et co-premier auteur de l'étude, explique : « En analysant précisément les volumes de cellules germinales et les flux de matière cytoplasmique chez les vers vivants et en développant une modélisation théorique, nous avons identifié une instabilité hydraulique qui amplifie les petites différences de volume aléatoires initiales, ce qui fait que certaines cellules germinales augmentent de volume au détriment des autres qui rétrécissent. C'est un phénomène que l'on peut comparer à l'instabilité à deux ballons, bien connue des physiciens. Une telle instabilité se produit lors du soufflage simultané dans deux ballons en caoutchouc en essayant de les gonfler tous les deux. Seul le plus gros ballon se gonfle, car il a une pression interne plus faible que le plus petit et est donc plus facile à gonfler.”

C'est ce qui est en jeu dans la sélection des cellules germinales : de telles différences de pression ont tendance à déstabiliser la configuration symétrique à volumes de cellules germinales égaux, ce qu'on appelle des instabilités hydrauliques, conduisant à la croissance de la plus grande cellule germinale au détriment de la plus petite. . En réduisant artificiellement les volumes des cellules germinales via le pompage thermovisqueux (méthode FLUCS : Focused-light-induit cytoplasmic streaming), l'équipe a démontré que la réduction des volumes cellulaires conduit à leur extrusion et à la mort cellulaire, indiquant qu'une fois qu'une cellule est en dessous d'une taille critique, l'apoptose est induite et la cellule meurt.

En utilisant l'imagerie confocale, les chercheurs ont pu imager l'organisme complet du ver vivant pour recevoir une image globale et précise des volumes de toutes les cellules gonadiques, ainsi que des échanges de fluides entre les cellules. Stephan Grill, conférencier du Pôle d'excellence Physique du vivant (PoL) et superviseur des travaux multidisciplinaires, ajoute : « Ces résultats sont très excitants car ils révèlent que la décision de vie ou de mort dans les cellules est de nature mécanique et liée à hydraulique tissulaire. Cela aide à comprendre comment l'organisme sélectionne automatiquement une cellule qui deviendra un œuf. En outre, l'étude est un autre exemple de l'excellente coopération entre les biologistes, les physiciens et les mathématiciens à Dresde.”

Citation:
Des chercheurs découvrent qu'un signal mécanique est à l'origine de la décision de mort cellulaire (2021, 31 mai)
récupéré le 31 mai 2021
de https://phys.org/news/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

Ce document est soumis au droit d'auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d'étude ou de recherche privée, aucune
partie peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.


Contenu

Fibroblastes Modifier

Les fibroblastes cutanés sont essentiels au développement et à la réparation des plaies et ils sont affectés par des signaux mécaniques tels que la tension, la compression et la pression de cisaillement. Les fibroblastes synthétisent des protéines structurelles, dont certaines sont mécanosensibles et font partie intégrante de la matrice extracellulaire (MEC) e. g collagène de types I, III, IV, V VI, élastine, lamine, etc. En plus des protéines structurelles, les fibroblastes fabriquent le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α), le facteur de croissance transformant bêta (TGF-β ) et les métalloprotéases matricielles qui jouent dans les tissus dans l'entretien et le remodelage des tissus. [3]

Chondrocytes Modifier

Le cartilage articulaire est le tissu conjonctif qui protège les os des articulations porteuses comme le genou, l'épaule en fournissant une surface lubrifiée. Il se déforme en réponse à la charge de compression, réduisant ainsi le stress sur les os. [4] Cette réactivité mécanique du cartilage articulaire est due à sa nature biphasique, il contient à la fois les phases solide et fluide. La phase fluide est composée d'eau -qui contribue à 80% du poids humide- et d'ions inorganiques e. g Ion sodium, ion calcium et ion potassium. La phase solide est constituée d'ECM poreux. Les protéoglycanes et les fluides interstitiels interagissent pour donner une force de compression au cartilage par le biais de forces de répulsion électrostatiques négatives. La différence de concentration en ions entre la composition en ions extracellulaires et intracellulaires des chondrocytes entraîne une pression hydrostatique. [5] Au cours du développement, l'environnement mécanique de l'articulation détermine la surface et la topologie de l'articulation. [6] Chez l'adulte, une charge mécanique modérée est nécessaire pour maintenir l'immobilisation du cartilage de l'articulation, entraînant une perte de protéoglycanes et une atrophie du cartilage, tandis qu'une charge mécanique excessive entraîne une dégénérescence de l'articulation. [7]

Le noyau est également sensible aux signaux mécaniques qui sont relayés de la matrice extracellulaire à travers le cytosquelette à l'aide de protéines associées à Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton (LINC) comme KASH et SUN. [8] Des exemples d'effet des réponses mécaniques dans le noyau impliquent :

  • La provocation hyperosmotique entraîne la condensation et la translocation des chromosomes et l'activation de l'ataxie télangiectasie et de Rad3 (ATR) dans la région périphérique nucléaire, tandis que l'étirement mécanique dû à la provocation et à la compression hypo-osmotiques relocalise et active cPLA2 sur la membrane nucléaire.
  • Une tension nucléaire élevée sur la Lamine A entrave l'accès des kinases, supprimant ainsi sa dégradation, etc. [9]

L'embryon est formé par auto-assemblage à travers lequel les cellules se différencient en tissus remplissant des fonctions spécialisées. On croyait auparavant que seuls les signaux chimiques donnent des indices qui contrôlent les changements orientés spatialement dans la croissance cellulaire, la différenciation et la commutation du destin qui interviennent dans les contrôles morphogénétiques. Ceci est basé sur la capacité des signaux chimiques à induire des réponses biochimiques telles que la structuration des tissus dans des cellules distantes. Cependant, il est maintenant connu que les forces mécaniques générées dans les cellules et les tissus fournissent des signaux régulateurs. [dix]

Lors de la division de l'ovocyte fécondé, les cellules s'agrègent et la compacité entre les cellules augmente à l'aide des forces de traction cytosquelettiques dépendantes de l'actomyosine et de leur application aux récepteurs adhésifs des cellules voisines, conduisant ainsi à la formation de boules solides appelées Morula. [11] Le positionnement du fuseau dans les cellules à division symétrique et asymétrique dans l'embryon précoce est contrôlé par des forces mécaniques médiées par les microtubules et le système de microfilaments d'actine. [12] La variation locale des forces physiques et des indices mécaniques tels que la rigidité de l'ECM contrôlent également l'expression des gènes qui donnent lieu au processus de développement embryonnaire de la blastulation. La perte du facteur de transcription à rigidité contrôlée Cdx conduit à l'expression ectopique de marqueurs de masse cellulaire interne dans le trophectoderme, et le facteur de transcription pluripotent, Oct-4, peut être exprimé négativement, induisant ainsi un changement de lignée. Cette commutation du destin cellulaire est régulée par la voie mécanosensible de l'hippopotame [13]

L'efficacité de nombreuses thérapies mécaniques déjà utilisées en clinique montre à quel point les forces physiques peuvent être importantes dans le contrôle physiologique. Plusieurs exemples illustrent ce propos. Le surfactant pulmonaire favorise le développement pulmonaire chez les nourrissons prématurés, en modifiant les volumes courants des ventilateurs mécaniques, il réduit la morbidité et la mortalité chez les patients présentant une lésion pulmonaire aiguë. Les stents extensibles empêchent physiquement la constriction des artères coronaires. Les expanseurs tissulaires augmentent la surface cutanée disponible pour la chirurgie reconstructive. [14] Les dispositifs d'application de tension chirurgicale sont utilisés pour la cicatrisation des fractures osseuses, l'orthodontie, l'expansion mammaire cosmétique et la fermeture des plaies non cicatrisantes. [ citation requise ]

Les connaissances sur la base mécanique de la régulation tissulaire peuvent également conduire au développement de dispositifs médicaux améliorés, de biomatériaux et de tissus modifiés pour la réparation et la reconstruction des tissus. [15]

Les contributeurs connus à la mécanotransduction cellulaire sont une liste croissante et comprennent les canaux ioniques activés par étirement, les cavéoles, les intégrines, les cadhérines, les récepteurs de facteurs de croissance, les moteurs de la myosine, les filaments cytosquelettiques, les noyaux, la matrice extracellulaire et de nombreuses autres molécules de signalisation. Les forces de traction générées par les cellules endogènes contribuent également de manière significative à ces réponses en modulant la précontrainte tensionnelle dans les cellules, les tissus et les organes qui régissent leur stabilité mécanique, ainsi que la transmission de signaux mécaniques de l'échelle macro à l'échelle nanométrique. [16] [17]


Informations sur l'auteur

Adresse actuelle : Laboratoire de Signalisation Métabolique, Institut de Bio-ingénierie, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne, Suisse

Adresse actuelle : Max-Delbrück-Centrum for Molecular Medicine in Hemholtz Association, Berlin, Allemagne

Eleonora Ingallina et Giovanni Sorrentino ont contribué à parts égales à ce travail.

Affiliations

Laboratorio Nazionale CIB, Area Science Park Padriciano, Trieste, Italie

Eleonora Ingallina, Giovanni Sorrentino, Rebecca Bertolio, Kamil Lisek, Alessandro Zannini, Fiamma Mantovani & Giannino Del Sal

Dipartimento di Scienze della Vita, Università degli Studi di Trieste, Trieste, Italie

Rebecca Bertolio, Alessandro Zannini, Luisa Ulloa Severino, Denis Scaini, Fiamma Mantovani & Giannino Del Sal

Département de médecine moléculaire, Faculté de médecine, Université de Padoue, Padoue, Italie

Luca Azzolin et Stefano Piccolo

Laboratoire de NanoInnovation à Elettra-Sincrotrone Trieste, Basovizza, Trieste, Italie

Luisa Ulloa Severino & Denis Scaini

Centre de neurosciences et de biologie cellulaire, Université de Coimbra, Coimbra, Portugal

Centre international de génie génétique et de biotechnologie, Trieste, Italie

Institut d'oncologie de Vénétie IOV-IRCCS, Padoue, Italie

Département des sciences de la vie, Université de Modène et Reggio Emilia, Modène, Italie

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Contributions

E.I., G.S., K.L., R.B., A.Z. et L.A. ont réalisé les expériences. A.R. effectué des expériences sur des souris. M.M. effectué la projection à haut contenu. S.B. effectué une analyse bioinformatique. D.S. et L.U.S. ont effectué des expériences AFM. G.S., E.I. et G.D.S. expériences conçues. G.S., F.M., S.P. et G.D.S. écrit le manuscrit.

Auteur correspondant


Le signal mécanique est à l'origine du choix de perte de vie cellulaire

Dans de nombreuses espèces et chez l'homme, les cellules responsables de la réplique, les cellules germinales, sont parfois très interconnectées et partagent leur cytoplasme. Au sein du nématode hermaphrodite Caenorhabditis elegans, jusqu'à 500 cellules germinales sont liées les unes aux autres au sein de la gonade, le tissu qui produit les ovules et le sperme. Ces cellules s'organisent autour d'un « hall » cytoplasmique central et modifient les matériaux cytoplasmiques favorisant le progrès cellulaire, et produisent enfin des ovocytes susceptibles d'être fécondés.

Dans des recherches antérieures, des chercheurs ont découvert que C. elegans les gonades génèrent plus de cellules germinales que souhaité et que seule la moitié d'entre elles se développent pour se transformer en ovocytes, tandis que les autres rétrécissent et meurent par apoptose physiologique, une perte de vie cellulaire programmée qui se produit dans les organismes multicellulaires. Désormais, des scientifiques du Biotechnology Middle of the TU Dresden (BIOTEC), du Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG), du Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) de la TU Dresden, du Max Planck Institute pour le Physics of Complicated Techniques (MPI-PKS), le Flatiron Institute, NY, et le College of California, Berkeley, ont découvert des preuves pour répondre à la question de ce qui déclenche ce choix de destin cellulaire entre la vie et la perte de vie au sein de la lignée germinale.

Les instabilités hydrauliques dictent les volumes de cellules germinales et de ballons À gauche : Image de deux ballons reliés par un tube central, tout nouvel air venant par le tuyau blanc gonflera légèrement le ballon cramoisi que le bleu. Bon : image confocale à disque tournant de cellules germinales de C. elegans interconnectées. L'actine corticale affichant le cortex cellulaire est marquée en magenta et la myosine, délimitant les ouvertures des cellules germinales par lesquelles chaque cellule change de matériel cytoplasmique, est marquée en inexpérimenté. Pointage de crédit : TU Dresde

Des recherches antérieures ont révélé les fondements génétiques et les indicateurs biochimiques qui entraînent la perte de vie des cellules physiologiques, mais les mécanismes qui choisissent et provoquent l'apoptose dans les cellules germinales d'une personne en particulier restent flous. Au fur et à mesure que les cellules germinales mûrissent aux côtés de la gonade du nématode, elles se développent d'abord collectivement en dimension et en quantité de manière homogène. Dans le cadre de la recherche publiée dans Nature Physics, les scientifiques affirment que cette évolution homogène se transforme soudainement en une évolution hétérogène où certaines cellules deviennent plus grosses et quelques cellules deviennent plus petites.

Le chercheur Nicolas Chartier au sein du groupe de Stephan Grill, et co-premier créateur de la recherche, explique : amplifie les petites variations de quantité aléatoires préliminaires, ce qui fait que certaines cellules germinales s'étendent en quantité au détriment des autres qui rétrécissent. C'est un phénomène qui pourrait être comparé à l'instabilité à deux ballons, bien connue des physiciens. Une telle instabilité se produit lors du soufflage simultané dans deux ballons en caoutchouc essayant de les gonfler chacun. Seul le plus gros ballon se gonflera, car il a une pression interne moindre que le plus petit, et est donc plus facile à gonfler.

C'est ce qui est en jeu dans le choix des cellules germinales : de telles variations de contraintes sont susceptibles de déstabiliser la configuration symétrique à volumes de cellules germinales égaux, ce qu'on appelle des instabilités hydrauliques, entraînant l'expansion de la plus grande cellule germinale aux dépens de la plus petit. En abaissant artificiellement le volume des cellules germinales au moyen d'un pompage thermovisqueux (méthodologie FLUCS : diffusion cytoplasmique induite par la lumière focalisée), la main-d'œuvre a démontré que la réduction des volumes cellulaires entraîne leur extrusion et leur perte de vie, indiquant que lorsqu'une cellule est sous dimension essentielle, l'apoptose est induite et la cellule meurt.

Grâce à l'utilisation de l'imagerie confocale, les chercheurs pourraient visualiser l'organisme complet du ver résidant pour obtenir une image mondiale et exacte des volumes de toutes les cellules gonadiques, en plus du changement de fluides entre les cellules. Stephan Grill, Conférencier du Pôle d'Excellence Physique de la Vie (PoL) et superviseur des travaux multidisciplinaires, déclare : « Ces découvertes sont très excitantes car elles révèlent que le choix de vie et de perte de vie au sein des cellules est de nature mécanique. et associé à l'hydraulique tissulaire. Il est utile de savoir comment l'organisme sélectionne automatiquement une cellule qui peut se transformer en œuf. De plus, la recherche est un autre exemple de la superbe coopération entre les biologistes, les physiciens et les mathématiciens à Dresde. »

Référence : « Une instabilité hydraulique entraîne le choix de perte de vie cellulaire au sein de la lignée germinale du nématode » par Nicolas T. Chartier, Arghyadip Mukherjee, Julia Pfanzelter, Sebastian Fürthauer, Ben T. Larson, Anatol W. Fritsch, Rana Amini, Moritz Kreysing, Frank Jülicher et Stephan W. Grill, 20 mai 2021, Physique de la nature.
DOI : 10.1038/s41567-021-01235-x


Des chercheurs découvrent l'indice mécanique est à l'origine de la détermination de la perte de vie des cellules

Dans de nombreuses espèces et chez l'homme, les cellules responsables de la copie, les cellules germinales, sont parfois très interconnectées et partagent leur cytoplasme. Chez le nématode hermaphrodite Caenorhabditis elegans, jusqu'à 500 cellules germinales sont liées les unes aux autres au sein de la gonade, le tissu qui produit les ovules et le sperme. Ces cellules s'organisent autour d'un « hall » cytoplasmique central et modifient les matériaux cytoplasmiques favorisant le progrès cellulaire, et produisent à terme des ovocytes susceptibles d'être fécondés.

Dans des recherches antérieures, les chercheurs ont découvert que les gonades de C. elegans généraient plus de cellules germinales que souhaité et que seule la moitié d'entre elles se développent pour se développer en ovocytes, tandis que le reste rétrécit et meurt par apoptose physiologique, une perte de vie cellulaire programmée qui se produit dans les cellules multicellulaires. organismes. Désormais, des scientifiques du Biotechnology Middle of the TU Dresden (BIOTEC), de l'Institut Max Planck de biologie cellulaire et de génétique moléculaire (MPI-CBG), du Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) de la TU Dresden, de l'Institut Max Planck for the Physics of Complicated Methods (MPI-PKS), le Flatiron Institute, NY, et le College of California, Berkeley, ont découvert des preuves pour répondre à la question de ce qui déclenche cette détermination du destin cellulaire entre la vie et la perte de vie au sein de la lignée germinale.

Des recherches antérieures ont révélé les fondements génétiques et les indicateurs biochimiques qui entraînent la perte de vie des cellules physiologiques, mais les mécanismes qui choisissent et provoquent l'apoptose dans les cellules germinales d'une personne en particulier restent flous. Au fur et à mesure que les cellules germinales mûrissent aux côtés de la gonade du nématode, elles se développent d'abord collectivement en mesure et en quantité de manière homogène. Dans l'examen simplement imprimé en Physique de la nature, les scientifiques affirment que ce progrès homogène à l'improviste se transforme en un progrès hétérogène où certaines cellules deviennent plus grandes et quelques cellules deviennent plus petites.

Le chercheur Nicolas Chartier au sein du groupe de Stephan Grill, et co-premier créateur de l'étude, explique : « En analysant exactement les volumes de cellules germinales et les flux de matériaux cytoplasmiques chez les vers vivants et en développant la modélisation théorique, nous avons maintenant reconnu une instabilité hydraulique. cela amplifie les petites variations de quantité aléatoires préliminaires, ce qui fait que certaines cellules germinales s'étendent en quantité au détriment des autres qui rétrécissent. C'est un phénomène qui pourrait être comparé à l'instabilité à deux ballons, bien connue des physiciens. Une telle instabilité se produit lors du soufflage simultané dans deux ballons en caoutchouc essayant de les gonfler chacun. Seul le plus gros ballon se gonflera, car il a une tension interne inférieure à celle du plus petit et est par la suite plus simple à gonfler.

C'est ce qui est en jeu dans le choix des cellules germinales : de telles variations de souches sont susceptibles de déstabiliser la configuration symétrique avec des volumes de cellules germinales égaux, ce qu'on appelle des instabilités hydrauliques, entraînant l'expansion de la plus grande cellule germinale aux dépens de la plus petit. En diminuant artificiellement les volumes de cellules germinales au moyen d'un pompage thermovisqueux (méthodologie FLUCS : flux cytoplasmique induit par la lumière centrée), le personnel a démontré que la réduction des volumes cellulaires entraîne leur extrusion et leur perte de vie, indiquant qu'une fois qu'une cellule est sous mesure vitale, l'apoptose est induite et la cellule meurt.

En utilisant l'imagerie confocale, les chercheurs peuvent visualiser l'organisme total du ver vivant pour obtenir une image mondiale et exacte des volumes de toutes les cellules gonadiques, en plus du changement de fluides entre les cellules. Stephan Grill, conférencier du pôle d'excellence Physique de la vie (PoL) et superviseur des travaux multidisciplinaires, déclare : « Ces résultats sont très excitants car ils révèlent que la détermination de la vie et de la perte de vie nature mécanique et associée à l'hydraulique tissulaire. Cela aide à comprendre comment l'organisme sélectionne automatiquement une cellule qui peut se développer en un œuf. De plus, l'examen est un autre exemple de la superbe coopération entre les biologistes, les physiciens et les mathématiciens à Dresde.”

Croissance du sperme liée à la plupart des cancers testiculaires

Devis:
Des chercheurs découvrent l'indice mécanique est à l'origine de la détermination de la perte de vie des cellules (2021, 31 mai)
récupéré le 31 mai 2021
de https://phys.org/information/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

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Caractéristiques de nuisance des polluants atmosphériques dangereux

Jeffrey W. Bradstreet , in Hazardous Air Pollutants , 1995

10.3.1 Odor Measurement Techniques

Odor is a sensation, i.e., a conscious reaction to a chemical stimulus of our olfactory system. There are four sensory properties of odor response. These are odor detectability, intensity, character and hedonic tone (pleasantness and unpleasantness). The sensory property most commonly measured is detectability, i.e., dilution of the odorous air with odor-free air until either the detection or recognition thresholds are reached. The detection threshold is that point where an individual or panel (6-8 people) can discriminate the odorous sample from odor-free air and continue to do so as concentrations are increased, fifty percent (50%) of the time. The recognition threshold is that point where a panelist familiar with the odor character could recognize the odor fifty percent (50%) of the time. The recognition threshold odorant concentration generally exceeds the detection threshold by a factor of 1.5 to 10.

There are many techniques used to measure detectability or dilution-to- threshold ratio. All of them involve diluting the odorous sample with odor-free air in known ratios. The diluted samples are presented to the odor judges or panelists in an ascending order, i.e., most dilute first, to prevent olfactory fatigue or memory effects.

Perceived odor intensity is usually established by comparison to the standard reference odorant, 1-butanol. Standard dilutions of butanol concentrations are prepared and presented to the panelists. Other odors can then be compared to butanol to determine an intensity number.

Odor emissions are traditionally established by measuring the detectability 4 of flue gas under known, ideally worst-case, conditions. The product of odor detectability, expressed as odor dilution ratio (ED50), times volume flow of the flue gas equals the odor emission rate. This term is an emission value that can be used in a manner similar to ambient air quality modeling to determine community impact.

Measurement of the odor emission rate is a recommended task in determining the amount of control required. Knowledge of emission rates allows for an informed judgement of which sources are contributing to ambient impacts.

The characteristics of plume dispersion may vary from source to source depending upon height of release, exit velocity, atmospheric conditions, exit temperature and other release point configurations. Applying control based upon a relative ranking of odor emission alone, therefore, can lead to ineffective odor control, i.e., overcontrolling some sources and undercontrolling others. A cost-effective determination of odor control should therefore include a modeling analysis of the expected impact of the odor sources under various meteorology conditions.

Modeling of odorous impact requires consideration of shorter term exposure than that predicted with traditional ambient air quality modeling. Predicted impacts should be more consistent with human response to odors, i.e., minutes. Murray and Duffee 5 have developed an appropriate modeling technique for odor impact analysis. This modeling program calculates short-term (1-2 minutes) odorous impacts for categories of meteorology conditions. Such a modeling technique affords the opportunity to realistically predict odor impacts from defined sources for expected operating conditions and possible atmospheric conditions. This predictive analysis allows a determination of odor impact from contributing sources and thereby the extent of control needed.


Researchers discover that a mechanical cue is at the origin of cell death decision

Hydraulic instabilities dictate the volumes of germ cells and balloons. Left: Picture of two balloons connected through a central tube, any new air coming through the white pipe will inflate the red balloon rather than the blue one. Right: Spinning-disk confocal image of interconnected C. elegans germ cells. Cortical actin [&hellip]

In many species including humans, the cells responsible for reproduction, the germ cells, are often highly interconnected and share their cytoplasm. In the hermaphrodite nematode Caenorhabditis elegans, up to 500 germ cells are connected to each other in the gonad, the tissue that produces eggs and sperm. These cells are arranged around a central cytoplasmic “corridor” and exchange cytoplasmic material fostering cell growth, and ultimately produce oocytes ready to be fertilized.

In past studies, researchers have found that C. elegans gonads generate more germ cells than needed and that only half of them grow to become oocytes, while the rest shrink and die by physiological apoptosis, a programmed cell death that occurs in multicellular organisms. Now, scientists from the Biotechnology Center of the TU Dresden (BIOTEC), the Max Planck Institute of molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG), the Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) at the TU Dresden, the Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS), the Flatiron Institute, NY, and the University of California, Berkeley, have found evidence to answer the question of what triggers this cell fate decision between life and death in the germline.

Prior studies revealed the genetic basis and biochemical signals that drive physiological cell death, but the mechanisms that select and initiate apoptosis in individual germ cells remained unclear. As germ cells mature along the gonad of the nematode, they first collectively grow in size and in volume homogenously. In the study just published in Nature Physics, the scientists show that this homogenous growth suddenly shifts to a heterogenous growth where some cells become bigger and some cells become smaller.

The researcher Nicolas Chartier in the group of Stephan Grill, and co-first author of the study, explains, “By precisely analyzing germ cell volumes and cytoplasmic material fluxes in living worms and by developing theoretical modeling, we have identified a hydraulic instability that amplifies small initial random volume differences, which causes some germ cells to increase in volume at the expense of the others that shrink. It is a phenomenon, which can be compared to the two-balloon instability, well known of physicists. Such an instability arises when simultaneously blowing into two rubber balloons attempting to inflate them both. Only the larger balloon will inflate, because it has a lower internal pressure than the smaller one, and is therefore easier to inflate.”

This is what is at play in the selection of germ cells: such pressure differences tend to destabilize the symmetric configuration with equal germ cell volumes, so-called hydraulic instabilities, leading to the growth of the larger germ cell at the expense of the smaller one. By artificially reducing germ cell volumes via thermoviscous pumping (FLUCS method: Focused-light-induced cytoplasmic streaming), the team demonstrated that the reduction in cell volumes leads to their extrusion and cell death, indicating that once a cell is below a critical size, apoptosis is induced and the cell dies.

By using confocal imaging, the researchers could image the full organism of the living worm to receive a global and precise picture of the volumes of all the gonad cells, as well as the exchange of fluids between the cells. Stephan Grill, Speaker of the Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) and supervisor of the multidisciplinary work, adds, “These findings are very exciting because they reveal that the life and death decision in the cells is of mechanical nature and related to tissue hydraulics. It helps to understand how the organism auto-selects a cell that will become an egg. Furthermore, the study is another example of the excellent cooperation between biologists, physicists and mathematicians in Dresden.”

Citation:
Researchers discover that a mechanical cue is at the origin of cell death decision (2021, May 31)
retrieved 31 May 2021
from https://phys.org/news/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

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