L’une des phases les plus spectaculaires du développement fœtal se produit lorsque des collections auparavant non structurées de cellules précurseurs à division rapide commencent à former la colonne vertébrale de l’embryon.
Lorsque ce processus se déroule bien, il établit une base solide pour les nombreuses autres étapes de développement qui suivent. Quand ce n’est pas le cas, les défauts de croissance qui s’ensuivent peuvent être graves.
Maintenant, une équipe de recherche de Cincinnati Children’s et de l’Université de Cincinnati a découvert comment un ensemble de gènes d’horloge de segmentation instruit le rythme de la formation de la colonne vertébrale. Les mutations des gènes de l’horloge entraînent chez l’homme des malformations congénitales appelées scoliose congénitale. Les découvertes de l’équipe ouvrent des portes plus larges à une nouvelle vague de recherche scientifique fondamentale qui pourrait un jour permettre des interventions lorsque les gènes de l’horloge de notre corps se désynchronisent.
Les détails ont été publiés en ligne le 14 décembre 2022, dans La nature.
Réparer une horloge cassée
Chez les animaux avec des épines (y compris les humains), l’embryon en croissance forme des segments mous appelés somites qui se transforment plus tard en vertèbres osseuses. Ces somites donnent également lieu à la formation de côtes et aux muscles du dos et à la peau associés.
Une équipe de recherche dirigée par le premier auteur M. Fethullah Simsek, PhD, et l’auteur principal Ertuğrul Özbudak, PhD, tous deux de la Division de biologie du développement de Cincinnati Children’s, ont identifié une baisse de la signalisation cellulaire moléculaire qui incite à la formation d’un nouveau segment. Le travail consistait à utiliser le poisson zèbre avec des modifications génétiques pour détecter les principales variations de signalisation. En utilisant ce qu’ils ont appris sur la signalisation, l’équipe de recherche a pu induire biochimiquement la formation de segments chez le poisson zèbre à volonté, même si le poisson avait été conçu pour ne pas posséder les gènes d’horloge qui contrôlent normalement ce processus.
Les derniers travaux s’appuient sur les découvertes largement partagées de l’équipe sur la façon dont les paires de gènes co-exprimées aident à déterminer le moment de la segmentation du corps. Cette étude a été publiée le 23 décembre 2020 dans La nature.
Nous pensons que cette étude sera importante pour les chercheurs en biologie, en bio-ingénierie et en biologie computationnelle. Comprendre comment les cellules sont amorcées pour former une limite de segment à un endroit spécifique pourrait aider les chercheurs à comprendre les origines d’autres malformations qui peuvent survenir au cours du développement fœtal en plus de la formation précoce de la colonne vertébrale.
Ertuğrul Özbudak, PhD, auteur principal
L’équipe a confirmé que les molécules de signalisation qu’ils ont étudiées sont conservées du poisson à l’homme. Cependant, il faudra beaucoup plus de recherches pour déterminer si les interventions qui ont aidé à corriger les malformations de la colonne vertébrale chez le poisson zèbre peuvent être transposées aux humains.
Une application à plus long terme pleine d’espoir de cette étude pourrait être qu’elle fournit des conseils pour tenter de développer des tissus segmentés (comme la colonne vertébrale et les chiffres de la main) en laboratoire, suggérant un nouveau front pour le développement des organoïdes.
« De nombreuses espèces animales, des mille-pattes et des coléoptères aux humains, segmentent leur corps de manière séquentielle. Alors que les molécules impliquées divergent considérablement d’une espèce à l’autre, notre étude a indiqué que la segmentation séquentielle peut encore être réalisée tant qu’une horloge marque sa périodicité sur un gradient de morphogène », déclare Özbudak. . « Nous prévoyons que nos découvertes inspireront l’ingénierie de tissus organisés de manière répétitive en plat en utilisant la perturbation pulsatile des gradients de signalisation. »
Prochaines étapes
L’étape suivante consiste à découvrir le lien moléculaire entre l’horloge de segmentation et sa voie de signalisation en aval.
« Nous espérons que la découverte du lien moléculaire jusqu’ici manquant pourrait être cliniquement pertinente et ciblable », a déclaré Özbudak.
