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Posté par Isabelle le Vendredi 08/01/2016 à 00:00
Début de la vie: comment la symétrie entre en jeu
La première division embryonnaire, qui suit la fusion des gamètes (ovule et spermatozoïde), lance le développement d'un nouvel individu, la genèse d'un organisme adulte fonctionnel. Cette division est symétrique chez l'embryon au stade 1-cellule (aussi appelé zygote) ; elle donne lieu à la formation de deux cellules filles de taille identique. A l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y...), elle est asymétrique chez l'ovule (L'"ovule" est la cellule sexuelle (ou gamète) produite par les femelles. Comme tous les gamètes, l'"ovule" est haploïde, il contient la moitié des...), qui a pourtant la même taille, et la même forme que l'œuf. Pourquoi ? Qu'est-ce qui oriente le zygote vers une division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce...) symétrique alors que l'ovule se divise au cours de la méiose de manière asymétrique ? Telles sont les questions que se sont posées Marie-Emilie Terret, chercheuse à l'Inserm, et Marie-Hélène Verlhac, chercheuse au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et directrice de l'équipe Divisions asymétriques ovocytaires au Centre interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre...) (Inserm/CNRS/Collège de France) (1).

En combinant biologie, physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) et mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les transformations. Les...), les chercheuses ont réussi à montrer, chez la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue...), la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet...) de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) qui détermine en un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) très court la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle,...) et donc la destinée (division symétrique ou asymétrique) de la cellule. Les éléments issus de ces travaux pourraient dans le futur contribuer à améliorer l'efficacité de la fécondation in vitro (La fécondation in vitro (FIV) est une technique de procréation médicalement assistée et de transfert d'embryon (fivete). En 2007 alors que 15 %...). Le détail de ces résultats est publié le 4 janvier 2016 dans la revue Nature communications.

L'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement...) 1-cellule ressemble énormément à un ovule: c'est une cellule ronde, isolée, d'une taille proche de celle de l'ovule. La géométrie de division d'une cellule est déterminée par la position du fuseau de microtubules, machinerie qui transporte et sépare les chromosomes. Dans la plupart des cellules animales, les centrosomes organisent le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) de microtubules, essentiel à la formation et au positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au sein d’un marché et dans l’esprit des...) du fuseau de division. Or, les ovules et zygotes sont dépourvus de centrosomes. Une différence majeure entre ces deux types de cellules réside cependant dans la géométrie de leurs divisions. En effet, les ovules se divisent de manière extrêmement asymétrique en taille au cours de la méiose, permettant la formation principale d'un énorme ovule unique et l'expulsion de "globules polaires" contenant le matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) excédentaire. Le zygote au contraire se divise de manière parfaitement symétrique, conduisant à la formation de deux cellules filles de tailles identiques.


Ovule et embryon de souris au stade 1- cellule. Les images du haut montrent les réseaux d'actine, celles du bas les fuseaux de microtubules avec les chromosomes alignés. Copyright: Marie-Emilie Terret.

La géométrie de la division est déterminée par la position du fuseau de microtubules: excentrée dans les ovules, centrée chez les zygotes. L'équipe Divisions asymétriques ovocytaires a montré précédemment que le positionnement excentré du fuseau de division dans l'ovule dépend de la mécanique de réseaux d'actine. Dans le travail publié ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...), l'équipe de chercheurs montre que la localisation centrée du fuseau de division chez le zygote est due également à la mécanique de réseaux d'actine, mais régulée différemment.

La mécanique de réseaux d'actine/myosine permet donc de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) d'une division asymétrique à une division symétrique, changement de géométrie requis pour la transition ovule-embryon.

L'équipe de recherche formule déjà des hypothèses quant au mode d'action de l'actine, qui intervient dans les caractéristiques physiques de la membrane paroi de la cellule (rigide ou molle), celles-ci influant sur la géométrie de la division. "Nos prochains travaux porteront sur l'étude plus fine des interactions entre actine et microtubules pour tenter de comprendre leurs rôles respectifs sur l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) de la cellule au moment de sa division, et les potentielles interventions d'autres protéines intermédiaires", explique Marie-Emilie Terret.

Mieux comprendre les caractéristiques physiques et le comportement de l'ovule, fécondé ou non, pendant sa division apportera potentiellement de nouveaux éléments utiles pour la procréation médicalement assistée. Lors de la fécondation (La fécondation, pour les êtres vivants organisés, est le stade de la reproduction sexuée consistant en une fusion des gamètes mâle et femelle en une cellule...) in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme vivant ou de...) (FIV) par exemple, la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) de conservation des ovocytes pourrait avoir un impact sur la qualité des réseaux d'actine, et par conséquent affecter la division, et donc la formation d'un zygote. Accroître l'efficacité de la FIV pourrait donc représenter un objectif à long terme pour cette équipe de recherche, une des seules en France à travailler sur cette thématique.

Note:
(1) En collaboration avec des chercheurs du Laboratoire analyse et modélisation pour la biologie et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une dimension de...) (CNRS/CEA/Université d'Evry Val d'Essonne/Université de Cergy Pontoise), du Laboratoire de physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) condensée (CNRS/UPMC), du Laboratoire Physicochimie Curie (CNRS/Institut Curie/UPMC).


Pour plus d'information voir :
“F-actin mechanics control spindle centring in the mouse zygote”
Nature communications, 4 janvier 2016 http://dx.doi.org/10.1038/ncomms10253


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Source: CNRS