Une membrane tendue, enfermée dans un étui étroit, décide elle-même où se rompre. Il en va de même pour la cellule : lorsqu'elle est à l'étroit, le point de rupture se déplace du centre et les deux moitiés deviennent inégales. On pensait auparavant que cette asymétrie était prédéterminée par des marqueurs chimiques, mais de nouveaux travaux montrent que la mécanique seule suffit.
Le cortex cellulaire, cette fine couche contractile sous la membrane, a été modélisé comme une surface visqueuse fermée à l'intérieur d'une coque ellipsoïdale. Les équations incluent des contraintes actives qui dépendent linéairement de la courbure, car le cortex présente une symétrie brisée entre le haut et le bas. La dynamique de la forme et du flux a été résolue numériquement en faisant varier la taille de la cellule et le degré de confinement. Pour validation, des données tridimensionnelles publiées de l'embryogenèse de C. elegans ont été utilisées : huit embryons non comprimés et dix-sept embryons comprimés.
Dans les expériences, l'asymétrie de division augmentait de manière statistiquement significative avec la diminution du volume de la cellule mère (p < 0.001 pour les divisions tardives de la lignée germinale). La compression mécanique de l'embryon augmentait l'asymétrie en moyenne de 15% (pente de régression 1.151, R² = 0.917). C'est la première vérification quantitative de la manière dont la taille et le confinement externe déclenchent conjointement l'instabilité corticale.
Cette étude se distingue des recherches voisines en expliquant l'asymétrie de division sans polarisation moléculaire, par la pure mécanique d'une surface active. Le résultat relie la géométrie cellulaire au destin des cellules filles et propose un mécanisme physique unifié pour différentes lignées embryonnaires. Il est possible que les conditions mécaniques dans les tissus et les tumeurs influencent ainsi le destin des cellules.
Le modèle peut être étendu en incluant la dynamique des protéines PAR et les contacts explicites entre cellules au lieu d'une coque idéalisée. Le passage à une description par champ de phase de la morphogenèse multicellulaire permettrait d'obtenir de manière auto-cohérente le moment, l'axe et l'asymétrie de la division. Cela ouvrirait la voie à la prédiction du destin cellulaire dans les tissus en développement.
Chez C. elegans, la lignée germinale se divise asymétriquement dès le début, tandis que les cellules somatiques se divisent d'abord presque également, mais deviennent également asymétriques à mesure que leur taille diminue. Cela a pu être reproduit avec un seul modèle sans ajustement spécifique à chaque lignée.