Impact des contraintes mécaniques sur la physiologie cellulaire

Le "confinement" est un mot qui résonne de manière assez spéciale dans nos oreilles en cette fin d'année 2021. Synonyme de blocage ou de limitation il est devenu incontournable. Cependant si ce terme lorsque qu'il est appliqué aux individus nous est familier, il l'est beaucoup moins lorsque l'on parle de croissance cellulaire. Et pourtant, nous sommes souvent en contact avec des systèmes multicellulaires qui sont confinés par leur environnement. Un exemple emblématique est la croissance des racines sous les routes capables d'endommager celles-ci. Mais nous pouvons retrouver d'autres exemples comme la croissance des tumeurs ou la création de biofilms de certains microbes. Nous allons dans notre étude nous concentrer sur l'impact de ce confinement spatial sur la physiologie cellulaire. Nous prendrons comme organisme d'étude la levure S. cerevisiae couramment utilisée dans les laboratoires de recherche pour sa facilité de manipulation et notre capacité à réaliser des modifications de son génome. Dans une étude précédente, il a été montré que lorsque l'on place les cellules dans un espace confiné, elles génèrent une pression mécanique en poussant sur leur environnement lors de leur croissance. Cette observation nous a conduit à étudier les cellules lorsque qu'elles sont soumises à cette pression induite par la croissance. Nous porterons un intérêt particulier à l'évolution des propriétés rhéologiques des cellules sous contrainte, qui peuvent physiquement impacter de nombreux processus biologiques. Ainsi, avant d'étudier les changements que vont induire les contraintes mécaniques, nous allons définir et caractériser les mouvements de nano-traceurs dans les cellules au travers de simulations et d'observations expérimentales sans contraintes. Ensuite, nous allons montrer que ce mouvement de traceurs fluorescents dans le cytoplasme est ralenti lorsque les cellules sont confinées. Notre hypothèse est que cette diminution est due à une augmentation de l'encombrement des cellules causée par une augmentation de la concentration en macromolécules. Cette hypothèse nous amènera à observer la croissance des cellules et à remarquer que celle-ci aussi diminue lorsque les cellules sont spatialement contraintes. Nous constaterons que cette diminution de la croissance est liée à une diminution de la production protéique causée par l'augmentation de l'encombrement. Si l'augmentation de l'encombrement entraine des limitations dans les mécanismes de croissance et de productions protéiques, nous avons aussi constaté des impacts sur d'autres mécanismes biologiques tels que la séparation de phase ou le métabolisme, qui peuvent spécifiquement altérer la réponse cellulaire. En conclusion, le confinement des cellules entraine l'émergence d'une pression mécanique causée par la croissance des cellules. Cette pression entraine des changements dans la rhéologie des cellules ce qui induit une diminution de la croissance liée à une diminution du taux de production des protéines. Ce phénomène étant purement biophysique, nous pensons qu'il est possible que les effets de ces variations se retrouvent dans d'autres mécanismes biologiques, et même dans d'autre organismes tels quel les cellules mammifères, les bactéries ou les cellules végétales.