Une étude, dont les résultats intitulés « Elasticity of podosome actin networks produces nanonewton protrusive forces » ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis de décrire, « en tirant partie des récents progrès de la cryo-tomographie électronique », comment un réseau tridimensionnel de filaments d’actine agit comme un ressort pour permettre aux macrophages de sonder et déformer leur environnement.

Relevons tout d'abord que le cytosquelette d'actine est essentiel à la plupart des fonctions cellulaires, notamment via la génération et la transmission de forces mécaniques sur l'environnement cellulaire. Depuis le début des années 1990, on savait « que l'ajout d'un monomère à l'extrémité d'un filament d'actine génère une force sur la membrane de l'ordre de quelques piconewtons ».

Si « ce calcul thermodynamique a été confirmé expérimentalement in vitro et constitue un des dogmes de la biologie cellulaire », différentes méthodes d'analyse des forces cellulaires ont cependant « révélé que les machineries cellulaires sont capables de générer des forces plusieurs milliers de fois plus élevées, jusqu'à plusieurs dizaines de nanonewtons », par exemple, « lors de l'endocytose chez la levure, de la migration cellulaire, ou lorsque des cellules immunitaires comme les macrophages sondent la rigidité de leur environnement ».

Du fait que le problème central qui consistait à savoir « comment les réseaux de filaments d'actine, qui génèrent individuellement quelques piconewtons, s'auto-organisent et se coordonnent pour produire des forces aussi importantes », restait sans réponse à cause de l'absence d'une méthode appropriée, dans l'étude ici présentée, relayée par l' INSB, des macrophages humains ont été observés par cryo-tomographie électronique in situ.

Grâce à cette technique, « à ce jour la seule méthode capable de résoudre l'architecture 3D des réseaux cellulaires de filaments d'actine avec une résolution nanométrique », l'organisation nanométrique des structures d’adhérence des macrophages a pu être analysée quantitativement. Il est ainsi apparu que « la somme des forces de polymérisation générées par les filaments à proximité de la membrane plasmique n'atteint pas un dixième de la force attendue ».

Comme ce résultat « remet en question la seule théorie généralement acceptée de la génération de force par les filaments d'actine », l 'étude a avancé « l’hypothèse que si certains filaments pouvaient supporter des forces aussi importantes, leur architecture devait en être affectée ». C’est ainsi qu’en analysant la morphologie des filaments, il a été constaté « qu'ils étaient courts (environ 100 nm), courbés et qu'ils faisaient partie d'un maillage extrêmement dense ». Ces filaments d'actine sont des polymères extrêmement rigides, dont la courbure observée révèle « qu'ils sont soumis à une forte charge et stockent de l'énergie élastique ».

Au bout du compte, « l'estimation de la force élastique exercée par un tel réseau chargé par un ressort donne 10 nN, et permet donc d’expliquer les forces mesurées expérimentalement ». Ainsi, “ce travail répond à une question cruciale en biologie cellulaire et révise le dogme de l'application de la force via la polymérisation de l'actine”. Il démontre “que, pour comprendre les forces appliquées par les réseaux d'actine, il ne suffit pas de considérer les interactions locales entre l’actine et la membrane, mais qu'il faut prendre en compte l'ensemble du système, puisqu’un comportement élastique émerge de l’architecture des réseaux d'actine denses”.