Les instrumentistes d’un orchestre symphonique

Tous les organismes ont le même objectif : survivre. L’ensemble de leurs cellules coopèrent dans ce but, grâce à une communication parfaitement coordonnée.

Avec leurs partenaires de Berlin et de Cambridge, des scientifiques du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) de l’Université du Luxembourg sont parvenus pour la toute première fois à définir les lois en vertu desquelles les cellules convertissent les signaux provenant de leur environnement en signaux internes.

Etape importante dans l’étude de la maladie de Parkinson

« Ces résultats jouent un grand rôle dans l’analyse des pathologies », explique le directeur du LCSB, Dr. Rudi Balling. « Nous savons que l’équilibre du calcium dans les cellules nerveuses est perturbé chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson et supposons qu’une communication défaillante entre les cellules peut contribuer à l’apparition de maladies neurodégénératives. La découverte des lois fondamentales de cette communication par Alexander Skupin, son équipe et nos partenaires nous permettent de franchir une étape importante dans l’étude de la maladie de Parkinson. »

Comme un orchestre symphonique...

À l’instar du son individuel dans un orchestre symphonique, le signal individuel ne joue qu’un rôle secondaire dans la cellule. « Ce qui compte, c’est la variation relative de l’intensité et de la fréquence avec lesquelles les signaux sont envoyés vers l’intérieur de la cellule à partir de la membrane cellulaire », explique Dr. Alexander Skupin, directeur du projet de recherche au sein du LCSB.

Les instruments d’un orchestre produisent des signaux – c’est-à-dire des sons – en faisant vibrer l’air. Dans la cellule, ce sont les ions calcium qui assument la fonction de signal. Lorsqu’une information issue d’un médiateur biologique dans l’environnement, une autre cellule par exemple, atteint l’enveloppe cellulaire externe, des ions calcium sont libérés à l’intérieur de la celle-ci, où ils gèrent de nombreux processus d’adaptation différents. « De prime abord, l’influx d’ions ne suit pas un modèle simple », explique Alexander Skupin. « Toutefois, une réaction définie se produit à l’intérieur de la cellule, par exemple l’activation d’un gène bien précis. »

Etudier les cellules avec des méthodes mathématiques

Pour déceler les lois qui régissent ce phénomène, les chercheurs ont étudié des cellules rénales humaines et des cellules hépatiques de rat à l’aide d’une combinaison de technologies d’imagerie et de méthodes mathématiques. Ils ont constaté que non seulement l’intensité, mais encore la fréquence des signaux calcium est soumise à des variations très importantes, tant au sein de la cellule que de cellule à cellule, si bien que l’analyse des signaux individuels ne permet pas de lire les informations qu’ils transportent. « C’est la même chose que dans un orchestre, dans lequel le son individuel pris isolément ne permet pas de déduire la mélodie », explique Alexander Skupin en poursuivant sa comparaison musicale. « Ce sont les changements de fréquence et d’intensité de l’ensemble des instruments qui produisent cette mélodie. Ce n’est qu’en captant ces changements qu’on peut avoir une impression du morceau. »

C’est précisément cette impression globale que les chercheurs viennent de révéler pour la première fois en étudiant la communication des cellules : ils ont en effet constaté que les nombreux différents signaux calcium étaient étroitement liées les uns aux autres selon un schéma bien précis. Ainsi, un stimulus externe n’engendre pas une hausse absolue des signaux, mais bien une modification de leur fréquence ou du rythme auquel ils surviennent – dans la salle de concerts, les sons des instruments deviendraient plus aigus de façon harmonieuse. « Ce modèle constitue le fameux signal qui génère une réaction des cellules », poursuit Alexander Skupin. « Nous l’avons rendu interprétable grâce à nos analyses. »

Foto: Signal processing © LCSB 2014