En plus de se disputer les ressources, les cellules vivantes s’entretuent et se mangent activement. De nouvelles explorations de ces phénomènes « cellule dans cellule » montrent qu’ils ne se limitent pas aux cellules cancéreuses mais constituent une facette commune des organismes vivants, à travers l’arbre de la vie. Crédit : Jason Drees pour le Biodesign Institute de l’Arizona State University
De nouvelles recherches révèlent que les phénomènes de cellule dans cellule, dans lesquels une cellule en consomme une autre, sont communs à toutes les formes de vie et importants pour les fonctions biologiques normales, et ne sont pas seulement associés au cancer.
Dans un article de synthèse récent, Carlo Maley et son équipe de l'Arizona State University explorent le phénomène cellule dans cellule où une cellule engloutit et en consomme parfois une autre. L’étude montre que les cas de ce comportement, y compris le cannibalisme cellulaire, sont répandus dans l’arbre de vie.
Les résultats remettent en question la perception commune selon laquelle les événements cellule dans cellule sont largement limités aux cellules cancéreuses. Au contraire, ces événements semblent être communs à divers organismes, depuis l’amibe unicellulaire jusqu’aux animaux multicellulaires complexes.
L’apparition généralisée de telles interactions dans des cellules non cancéreuses suggère que ces événements ne sont pas des comportements intrinsèquement « égoïstes » ou « cancéreux ». Les chercheurs proposent plutôt que les phénomènes cellule dans cellule pourraient jouer un rôle crucial dans le développement normal, l’homéostasie et la réponse au stress chez un large éventail d’organismes.
L’étude soutient que le ciblage des événements cellule dans cellule comme approche du traitement du cancer devrait être abandonné, car ces phénomènes ne sont pas propres à la malignité.
En démontrant que les événements couvrent un large éventail de formes de vie et sont profondément enracinés dans notre constitution génétique, la recherche nous invite à reconsidérer les concepts fondamentaux de coopération cellulaire, de compétition et la nature complexe de la multicellularité. L’étude ouvre de nouvelles voies de recherche en biologie évolutive, en oncologie et en médecine régénérative.
La nouvelle recherche, publiée dans la revue Nature Rapports scientifiques, est le premier à étudier systématiquement les phénomènes cellule dans cellule à travers l’arbre de la vie. Les découvertes du groupe pourraient aider à redéfinir la compréhension du comportement cellulaire et ses implications pour la multicellularité, le cancer et le parcours évolutif de la vie elle-même.
Carlo Maley est chercheur au Biodesign Center for Biocomputing, Security and Society ; professeur à l'École des sciences de la vie de l'ASU ; et directeur de l'Arizona Cancer Evolution Center. Crédit : Le Biodesign Institute de l’Arizona State University
« Nous avons commencé ce travail parce que nous avons appris que les cellules ne se contentent pas de rivaliser pour les ressources, elles s'entretuent et se mangent activement », explique Maley. « C'est un aspect fascinant de l'écologie des cellules cancéreuses. Mais une exploration plus approfondie a révélé que ces phénomènes se produisent dans les cellules normales et que parfois aucune des deux cellules ne meurt, ce qui donne naissance à un type entièrement nouveau de cellule hybride.
Maley est chercheur au Biodesign Center for Biocomputing, Security and Society ; professeur à l'École des sciences de la vie de l'ASU ; et directeur de l'Arizona Cancer Evolution Center.
L'étude a été menée en collaboration avec le premier auteur Stefania E. Kapsetaki, anciennement à l'ASU et maintenant chercheur à l'Université Tufts, et Luis Cisneros, anciennement à l'ASU et actuellement chercheur à la Mayo Clinic.
Des interactions cellulaires égoïstes aux interactions cellulaires coopératives
Les événements cellule dans cellule sont observés depuis longtemps mais restent mal compris, notamment en dehors du contexte des réponses immunitaires ou du cancer. Les premiers gènes responsables du comportement cellule dans cellule remontent à plus de 2 milliards d’années, ce qui suggère que ces phénomènes jouent un rôle important, bien que encore indéterminé, dans les organismes vivants. Comprendre les diverses fonctions des événements cellule dans cellule, tant dans la physiologie normale que dans la maladie, est important pour développer des thérapies anticancéreuses plus efficaces.
La revue se penche sur l'apparition, les fondements génétiques et l'histoire évolutive des phénomènes cellule dans cellule, mettant en lumière un comportement autrefois considéré comme une anomalie. Les chercheurs ont examiné plus de 500 articles pour cataloguer les diverses formes de phénomènes cellule dans cellule observées dans l’arbre de vie.
L’étude décrit 16 groupes taxonomiques différents dans lesquels se produit un comportement cellule dans cellule. Les événements cellule dans cellule ont été classés en six catégories distinctes en fonction du degré de relation entre les cellules hôtes et proies, ainsi que du résultat de l'interaction (si une ou les deux cellules ont survécu).
L’étude met en évidence un spectre de comportements de cellule à cellule, allant d’actes complètement égoïstes, dans lesquels une cellule en tue et en consomme une autre, à des interactions plus coopératives, dans lesquelles les deux cellules restent en vie. Par exemple, les chercheurs ont trouvé des preuves de « destruction hétérospécifique », dans laquelle une cellule engloutit et tue une cellule d’un type différent. espèces, dans un large éventail d'organismes unicellulaires, multicellulaires facultatifs et multicellulaires obligatoires. En revanche, la « destruction conspécifique », dans laquelle une cellule consomme une autre cellule de la même espèce, était moins courante, observée dans seulement trois des sept principaux groupes taxonomiques examinés.
Les organismes multicellulaires obligatoires sont ceux qui doivent exister sous une forme multicellulaire tout au long de leur cycle de vie. Ils ne peuvent pas survivre ou fonctionner comme des cellules uniques. Les exemples incluent la plupart des animaux et des plantes. Les organismes multicellulaires facultatifs sont des organismes qui peuvent exister sous forme de cellules uniques ou sous forme multicellulaire en fonction des conditions environnementales. Par exemple, certains types d’algues peuvent vivre sous forme de cellules uniques dans certaines conditions mais former des colonies multicellulaires dans d’autres.
L’équipe a également documenté des cas de phénomènes cellule dans cellule dans lesquels les cellules hôtes et proies restaient en vie après l’interaction, ce qui suggère que ces événements pourraient remplir des fonctions biologiques importantes au-delà de la simple destruction des concurrents.
« Notre catégorisation des phénomènes cellule dans cellule à travers l'arbre de vie est importante pour mieux comprendre l'évolution et le mécanisme de ces phénomènes », explique Kapsetaki. « Pourquoi et comment exactement cela se produit-il ? C’est une question qui nécessite des recherches plus approfondies sur des millions d’organismes vivants, y compris des organismes pour lesquels les phénomènes cellule dans cellule n’ont peut-être pas encore été recherchés.
Gènes anciens
En plus de cataloguer les divers comportements cellule dans cellule, les chercheurs ont également étudié les origines évolutives des gènes impliqués dans ces processus. Étonnamment, ils ont découvert que bon nombre des gènes clés cellule dans cellule sont apparus bien avant l’évolution de la multicellularité obligatoire.
« Lorsque nous examinons les gènes associés à des mécanismes cellule dans cellule connus chez des espèces qui ont divergé de la lignée humaine il y a très longtemps, il s'avère que les orthologues humains (les gènes qui ont évolué à partir d'un gène ancestral commun) sont généralement associés à fonctions normales de la multicellularité, comme la surveillance immunitaire », explique Cisneros.
Au total, 38 gènes associés aux phénomènes cellule dans cellule ont été identifiés, et 14 d’entre eux sont apparus il y a plus de 2,2 milliards d’années, précédant l’ancêtre commun de certains organismes multicellulaires facultatifs. Cela suggère que la machinerie moléculaire responsable du cannibalisme cellulaire a évolué avant les transitions majeures vers une multicellularité complexe.
Les anciens gènes cellule dans cellule identifiés dans l'étude sont impliqués dans divers processus cellulaires, notamment l'adhésion cellule-cellule, la phagocytose (engloutissement), la destruction intracellulaire d'agents pathogènes et la régulation du métabolisme énergétique. Cette diversité de fonctions indique que les événements cellule dans cellule ont probablement joué un rôle important même dans les organismes unicellulaires et multicellulaires simples, bien avant l'émergence d'une vie multicellulaire complexe.
