Une "ola" pour le développement des embryons
Publié par Adrien le 12/09/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
L'élaboration progressive d'un embryon au cours de son développement est codée par des gènes... mais pas seulement. Dans une étude publiée dans la revue Nature, les scientifiques décrivent une déformation progressive de cellules embryonnaires semblable à une vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant de quelques...). En utilisant une combinaison (Une combinaison peut être :) d'outils génétiques et informatiques, ils ont montré que chaque cellule contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) mécaniquement le moment où sa voisine se déforme, propageant la vague dans l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première...). Ce mécanisme confirme que les cellules peuvent s'auto-organiser.


Gauche: images par microscopie confocale de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un matériau.) de la vague de déformations cellulaires. Les contours des cellules sont en magenta et la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des...) responsable des contractions musculaires (la Myosine II) en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur...). Les contours jaunes marquent une rangée de cellules, idem pour les contours blancs. Trois temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) successifs (t1, t2, t3) sont montrés. Au temps 1, la vague est induite génétiquement au pôle postérieur de l'embryon. Au temps 2, la vague atteint la rangée jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :): les cellules s'étendent et la Myosine s'active. Au temps 3, la vague atteint la rangée blanche.
Droite: Modèle schématique du cycle de déformations cellulaires vu de profil. La vague se propage de la cellule jaune à la cellule orange, puis à la cellule verte. Au temps 1 (t1), la cellule orange adhère à la membrane vitelline (la membrane autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) de l'oeuf), poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) par la cellule jaune. Au temps 2 (t2), la cellule orange s'étend et la Myosine y est activée. Au temps 3 (t3), la cellule orange se contracte et se détache, poussant la cellule verte.

Les animaux sont constitués d'organes, eux-mêmes faits de tissus bâtis par les briques élémentaires du vivant: les cellules. Mais comment les organismes acquièrent-ils leur forme adulte en partant d'une seule cellule, issue 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...) ? Pendant le développement d'un embryon, les tissus et les cellules changent de forme et se divisent pour générer des organes: c'est la morphogenèse. On sait depuis longtemps que ce processus complexe dépend de gènes qui dirigent les changements de forme à la manière d'un programme. L'expression de gènes spécifiques commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) à chaque cellule d'adopter une forme donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un...) à chaque moment, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme un chef d'orchestre dirige chaque musicien de l'orchestre.

Dans cette étude, les scientifiques décrivent comment les changements de forme des tissus résultent de processus auto-organisés, sans véritable chef d'orchestre. En étudiant l'embryon précoce de la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du mot italien musca, qui désigne de nos jours principalement un genre (Musca)...) du vinaigre (Le vinaigre est un liquide acide (pH généralement compris entre 2 et 3), obtenu grâce à l'oxydation de l'éthanol dans le vin, le cidre, la bière et autres boissons fermentées. Le vinaigre commun comporte une...) Drosophila melanogaster, ils ont découvert que son intestin (L'intestin est la partie du système digestif qui s'étend de la sortie de l'estomac à l'anus. Chez les humains et la plupart des mammifères, il...) se forme par une vague de déformations des cellules semblable à une ola. Une rangée de cellules après l'autre, les cellules se courbent et s'étendent en collant à la membrane autour de l'oeuf, puis se contractent et se détachent. La vague est initiée par l'expression locale d'un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel. On peut également définir un gène...), puis se propage sans nouvelle information génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) mais par simple communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi que leurs...) 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 un mouvement, une...) entre les cellules. Ainsi, la formation de l'intestin de la mouche est le produit d'interactions mécanochimiques entre cellules plutôt que d'un programme génétique.

Vue latérale de la morphogenèse de l'intestin pendant le développement d'un embryon de mouche du vinaigre. La protéine responsable des contractions cellulaires (la Myosine II) est imagée par microscopie de fluorescence. Les flèches indiquent les contractions. Partager Audiodescription (L'audiodescription est une sorte de sous-titrage[1] adapté aux déficients visuels (non-voyants et malvoyants).)

Ce travail s'ajoute aux recherches récentes qui remettent en cause l'idée d'un développement entièrement programmé. Il est le résultat d'une collaboration entre des chercheurs 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...) cellulaire et en biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les outils d'observations des phénomènes physiques sont appliqués aux molécules d'intérêt biologique.), qui ont utilisé à la fois des outils génétiques (des mouches porteuses de mutations), de la microscopie de haute résolution, et des analyses informatiques et de modélisation. Ceci montre comment des recherches collaboratives et interdisciplinaires permettent d'atteindre de nouveaux objectifs.

En savoir plus:
Genetic induction and mechanochemical propagation of a morphogenetic wave.
Bailles A, Collinet C, Philippe JM, Lenne PF, Munro E, Lecuit T.
Nature. 2019 Aug;572(7770):467-473. doi: 10.1038/s41586-019-1492-9. Epub 2019 Aug 15.
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