Abstract FR:

Les cellules ciliées participent à de nombreux processus biologiques fondamentaux et possèdent plusieurs caractéristiques frappantes : alignement d’une assemblée de cils, battement asymétrique en deux phases, coordination métachronale caractérisée par une différence de phase constante entre deux cils voisins et forte dépendance au calcium. Nous donnons des arguments théoriques simples basés sur le couplage hydrodynamique et le mécanisme interne du cil dérivé du comportement collectif d’une assemblée de moteurs moléculaires pour expliquer qualitativement ces caractéristiques. Ainsi, les interactions hydrodynamiques peuvent conduire à l’orientation d’une assemblée de cils, et un écoulement transverse engendre un battement asymétrique en deux phases. Nous discutons différentes conditions aux limites à la base du cil, ainsi que l’effet du calcium qui pourrait induire un changement du mode de battement. Nous montrons qu’une assemblée de cils alignés peut spontanément briser sa symétrie de battement et créer un écoulement moyen. La coordination métachronale émerge comme conséquence du mécanisme interne du cil et du couplage hydrodynamique. Elle permet aux cils de battre avec un seuil d’ATP plus bas et à une plus grande fréquence qu’un cil isolé. Elle conduit également à un écoulement quasi stationnaire, ce qui constitue peut-être son principal intérêt. La géométrie et la rotation du doublet central au sein de l’axonème observées expérimentalement peuvent être dérivées de considérations énergétiques impliquant la structure en hélice du doublet, la raideur des liens entre les deux microtubules et la forme de l’axonème. Nous terminons ce travail par une étude expérimentale qui montre que l’application d’un écoulement sur des cultures de cellules épendymaires en période de maturation oriente les battements ciliaires dans sa direction.