La façon dont les cellules façonnent des tissus et des organes complexes au cours du développement de l’embryon, ce qui fait de nous ce que nous sommes, recèle de nombreux mystères.
Une nouvelle recherche de l’Université de Cincinnati a examiné un tel processus qui conduit à la formation de la colonne vertébrale ou de la colonne vertébrale. Si ce processus est perturbé, il en résulte une anomalie congénitale appelée scoliose congénitale, ou courbure de la colonne vertébrale. La recherche sur l’UC a non seulement fait progresser la compréhension de la formation de tissus biologiques complexes, mais elle pourrait également conduire à d’éventuels traitements de la scoliose à l’avenir.
La recherche a été publiée dans la revue La nature.
Nous étudions un problème scientifique fondamental, la formation de la colonne vertébrale, la colonne vertébrale que nous avons tous. En découvrant le mécanisme central qui le régit, nous sommes en mesure de réorganiser ce mécanisme chez le poisson zèbre mutant qui manque normalement de ce processus. »
Ertuğrul Özbudak, PhD, professeur au département de pédiatrie de la division de biologie du développement du Collège de médecine de l’UC ainsi qu’au centre médical de l’hôpital pour enfants de Cincinnati et auteur principal de l’étude
Özbudak dit que chez toutes les espèces de vertébrés, y compris les humains, la colonne vertébrale est composée de disques vertébraux segmentés. Ces disques qui forment la colonne vertébrale proviennent de segments embryonnaires appelés somites. Au fur et à mesure que le corps de l’embryon s’allonge chez toutes les espèces de vertébrés, il est coupé en somites par un « couteau d’horloge biologique ».
« En tant qu’êtres humains, nous passons tous par ce processus de coupe au couteau grâce à des gènes d’horloge qui s’expriment comme des lames », explique Özbudak. « Il y a une horloge biologique qui contrôle cela. Chaque fois que cette horloge tourne, le couteau descend et sépare ensuite les précurseurs du disque, les somites, des autres qui se formeront plus tard.
« Certains gènes font partie de cette horloge. Lorsqu’ils sont mutés, cela entraîne une scoliose car il n’y a plus de couteau qui coupe », ajoute-t-il. « En découvrant cette hiérarchie inconnue et en l’imitant avec des médicaments pharmaceutiques, nous sommes maintenant en mesure de restaurer et de réorganiser cette segmentation manquante chez les mutants qui manquent l’horloge moléculaire. »
Özbudak dit que les quatre étudiants de l’UC ont travaillé sur le projet et ont tous contribué de différentes manières, apportant des compétences et des talents différents à la recherche. Chandel Angad Singh, étudiant au doctorat en deuxième année dans le programme d’études supérieures en physiologie des systèmes, a conçu un modèle animal génétiquement modifié tandis que Didar Saparov, étudiant au doctorat en troisième année dans le programme d’études supérieures en biologie moléculaire et du développement à l’hôpital pour enfants de Cincinnati, a mené des expériences avec des produits pharmaceutiques médicaments. Oriana Zinani, aujourd’hui titulaire d’un doctorat du programme de biologie moléculaire et du développementB, a vérifié la précision d’un poisson rapporteur génétique pour l’horloge moléculaire. Nick Clason, en tant que stagiaire coopératif de premier cycle du département d’informatique, a contribué aux simulations moléculaires impliquées dans l’étude.
« Ils avaient des antécédents différents en tant qu’étudiants de premier cycle et ils ont tous fait des recherches dans mon laboratoire », explique Özbudak à propos des étudiants. « Ils formaient une belle équipe pluridisciplinaire. Dans leur licence [studies] Didar, Angad et Oriana se sont respectivement spécialisés en physique, en génie biomédical et en biologie. L’équipe est dirigée par le Dr Muhammed Simsek, chercheur postdoctoral principal dans mon laboratoire à l’hôpital pour enfants de Cincinnati. »
Özbudak dit que la publication de la recherche a déclenché des réponses positives d’autres scientifiques à l’échelle internationale.
« Ils trouvent cette étude importante et révolutionnaire. Nous espérons qu’elle dynamisera non seulement les membres de notre laboratoire travaillant sur ce projet, mais également plusieurs laboratoires à travers le monde », a-t-il déclaré. « Dans une société mondialisée, j’espère que tout le monde participera également, et que des chercheurs de différents pays et de différentes universités prendront ces résultats et les feront avancer.
« Collectivement, nous comprendrons mieux pourquoi certaines mutations provoquent des maladies et nous comprendrons les mécanismes qui les sous-tendent, ce qui sera un jour utile pour guérir la scoliose congénitale.
