Des différences décisives dans la vie interne des cellules immunitaires mises en évidence

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Cellules T fraîchement isolées à partir du sang d’un donneur humain sain.
Cellules T fraîchement isolées à partir du sang d’un donneur humain sain. Les composants du noyau (rouge, jaune et bleu) et les récepteurs des cellules T (vert) illustrent l’étonnante variabilité de l’organisation spatiale des cellules T. (Image : Ben Hale / ETH Zurich)
Grâce à des méthodes d’apprentissage automatique, des chercheurs de l’ETH Zurich ont découvert que plus de la moitié des cellules T tueuses présentent des invaginations du noyau cellulaire. Grâce à cette architecture cellulaire particulière, elles réagissent plus rapidement - et plus fortement - aux agents pathogènes.

De l’extérieur, la plupart des cellules immunitaires ont exactement la même apparence : petites et sphériques. Pourtant, des chercheurs de l’équipe de Berend Snijder de l’Institut de biologie moléculaire des systèmes de l’EPF de Zurich ont jeté un coup d’½il à l’intérieur de ces cellules à l’aide de méthodes sophistiquées. Ils ont ainsi découvert que la structure - "l’architecture cellulaire" selon les termes de Snijder - des cellules T cytotoxiques décide de leur sort.

Des caractéristiques qui déterminent le destin

Lorsqu’elles rencontrent un agent pathogène, les cellules présentant des invaginations dans le noyau se transforment en cellules effectrices puissantes qui se multiplient rapidement et tuent l’agent pathogène. Leurs s½urs au noyau sphérique, en revanche, se déplacent plus lentement : leur activation prend plus de temps - et aboutit finalement à la formation de cellules mémoires à longue durée de vie, qui protègent l’organisme d’une nouvelle infestation par le même agent pathogène.

Les scientifiques savent depuis environ 50 ans qu’il existe deux populations de cellules T aux fonctions différentes. "Mais jusqu’à présent, on ne savait pas quelles caractéristiques une cellule T devait présenter pour se transformer, après son activation, en cellule effectrice ou en cellule mémoire", explique Ben Hale, post-doctorant dans le groupe de recherche de Snijder et premier auteur de l’article qui vient de paraître dans la revue Science.

Pour rechercher ces caractéristiques, les chercheurs ont créé une plateforme capable d’évaluer automatiquement des images de cellules immunitaires au microscope. Les chercheurs ont soumis à cette plateforme des milliers de cellules T provenant de 24 personnes en bonne santé qui avaient donné volontairement leur sang au service de transfusion sanguine zurichois de la Croix-Rouge suisse.

Desdifférences inattendues

Grâce à une méthodologie basée sur l’apprentissage automatique, la plateforme a classé les cellules en trois groupes différents. "Nous avions déjà vu auparavant que certaines cellules T étaient en forme de bouteille après leur activation", explique Snijder. "Mais nous ne nous attendions pas à ce que les cellules rondes puissent également être divisées en deux groupes différents".

Dans le cadre d’études complémentaires, les chercheurs ont en outre constaté que les différences dans l’architecture cellulaire des cellules rondes avaient une signification fonctionnelle. "Les cellules dont le noyau est invaginé sont conçues pour être activées rapidement : En l’espace de 24 heures, nombre d’entre elles se transforment en cellules effectrices en forme de bouteille", explique Hale.

"De plus, elles réagissent plus fortement lorsqu’elles sont activées. Et elles se multiplient beaucoup plus rapidement que les cellules non invaginées", ajoute Snijder. Avec son équipe, il a également élucidé le mécanisme moléculaire de l’activation plus rapide et plus forte des cellules à invagination : "Grâce à l’architecture cellulaire spéciale, beaucoup plus d’ions calcium peuvent affluer", explique Snijder.

En discutant avec les deux chercheurs, il apparaît clairement que de nombreuses questions attendent encore une réponse. Par exemple, Snijder et son équipe veulent découvrir comment l’organisme s’assure qu’environ 60 pour cent des cellules T cytotoxiques dans le sang présentent toujours des invaginations, alors que 35 pour cent ne présentent aucune invagination et que les 5 pour cent restants sont en forme de bouteille.

Améliorer l’efficacité clinique des traitements

Leurs résultats ne sont pas seulement "importants pour la compréhension fondamentale du fonctionnement de nos cellules immunitaires", estiment Snijder et Hale, mais jouent également un rôle important dans la lutte contre le cancer par exemple : "De nombreux nouveaux traitements font appel aux cellules T pour tuer les cellules cancéreuses", explique Snijder. "Si, à l’avenir, nous pouvons sélectionner et utiliser de manière ciblée cette architecture cellulaire, qui peut être activée plus fortement, nous pourrons peut-être améliorer l’efficacité clinique de tels traitements".

Référence bibliographique

Hale BD, Severin Y, Graebnitz F, Stark D, Guignard D, Mena J, Festl Y, Lee S, Hanimann J, Meier M, Goslings D, Lamprecht O, Frey BM, Oxenius A, Snijder B : Cellular architecture shapes the naïve T cell response. Science, 6 juin 2024, adh8967
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