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Posté par Adrien le Mercredi 09/05/2018 à 00:00
Un oscillateur biochimique pour réguler le moteur de la morphogenèse tissulaire
La morphogenèse tissulaire est conduite par des forces biomécaniques générées par des moteurs moléculaires tels que la myosine. Grâce à l'imagerie cellulaire, à la modélisation mathématique et à l'optogénétique, les chercheurs du Centre de Biologie Intégrative de Toulouse montrent qu'un oscillateur (En physique, un oscillateur est un système manifestant une variation périodique dans le temps (ou pseudo-périodique s'il existe une dissipation...) biochimique contrôle la contractilité pulsatile de la myosine pour réguler l'allongement du follicule ovarien chez la drosophile. Ce travail a été publié le 23 mars 2018 dans la revue Nature Communications.


Figure: a-b. Schéma résumant la distribution spatiale de Rho1-ROCK-myosine au niveau du domaine basal de la cellule épithéliale (a) et la réaction biochimique de Rho1-ROCK-myosine-MLCP (b). c-d. Modélisation mathématique du décalage oscillatoire entre ROCK (bleu), myosine (rouge) et MLCP (vert) (c) et de l'onde de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une...) biochimique du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) ROCK (les différentes couleurs montrent les différentes postions de diffusion de ROCK) (d).
© Xiaobo Wang et Jiaying Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de l'astronomie chinoise. Son étoile référente (c'est-à-dire celle qui délimite la frontière occidentale de la...)

Comprendre les mécanismes qui régissent la formation des tissus et des organes est un enjeu fondamental en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des...). Les réseaux d'actomyosine jouent un rôle crucial dans la morphogenèse tissulaire. La contractilité de la myosine, souvent en mode oscillatoire, a été observée dans de nombreux processus de morphogenèse. En ce qui concerne le follicule ovarien de la drosophile, dont le développement conduit à l'oeuf de la drosophile, l'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel que soit le...) de la myosine au niveau basal des cellules folliculaires contrôle l'allongement du follicule ovarien, dont la forme sphérique devient ovoïde au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure de sa croissance. Bien qu'une grande partie de la cascade de signaux régulant l'activité de la myosine ait été caractérisée, l'origine d'un tel comportement oscillatoire n'est toujours pas clair.

En prenant comme modèle d'étude l'ovaire de drosophile, les chercheurs ont exploré le mécanisme de contrôle de l'oscillation basale de la myosine. Ils montrent que l'oscillation de la myosine basale n'est pas contrôlée par la tension (La tension est une force d'extension.) corticale de l'actomyosine, mais repose plutôt sur un oscillateur biochimique impliquant la kinase ROCK et la phosphatase MLCP, qui respectivement phosphoryle ou déphosphoryle la myosine. La clé de cette oscillation est un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans...) diffusif de ROCK, qui relie Rho1, son activateur en amont localisé au niveau des jonctions membranaires, et le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) d'actomyosine, sa cible en aval situé à l'intérieur de la cellule. Ce flux est maintenu dynamiquement par une boucle d'auto-activation dépendante de l'activité kinase de ROCK. En réponse au recrutement de la myosine, MLCP est enrichie localement et arrête les signaux de ROCK et de la myosine (Figure 1a, b).

Tous ces résultats ont été obtenus en couplant la génétique de la drosophile, l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) de tissus vivants, la modélisation et l'optogénétique. L'équipe de Xiaobo Wang a collaboré avec le Dr. Edouard Hannezo (IST, Autriche) pour modéliser mathématiquement l'évolution dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de ROCK, de la myosine et de MLCP afin de simuler et d'expliquer les caractéristiques oscillatoires, le déphasage et l'onde de diffusion biochimique (Figure 1c, d). Afin d'explorer directement la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) spatio-temporelle de l'oscillateur biochimique, ils ont utilisé in vivo la technique GFP-LARIAT pour inhiber spatialement et temporellement la fonction de ROCK et de MLCP, confirmant ainsi l'oscillateur biochimique par optogénétique.

Ce travail démontre pour la première fois comment un oscillateur biochimique est formé pour générer la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent...) nécessaire au changement de forme des tissus.

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Source: CNRS-INSB