Une paire de protéines, YAP et TAZ, a été identifiée comme conductrices du développement osseux dans l’utérus et pourrait fournir des informations sur les maladies génétiques telles que l’ostéogenèse imparfaite, communément appelée « maladie des os fragiles ». Cette recherche basée sur les petits animaux, publiée aujourd’hui dans Cellule de développement et dirigé par des membres du laboratoire de recherche orthopédique McKay de la faculté de médecine Perelman de l’université de Pennsylvanie, ajoute des connaissances au domaine de la mécanobiologie, qui étudie la façon dont les forces mécaniques influencent la biologie.
Malgré plus d’un siècle d’études sur la mécanobiologie du développement osseux, les bases cellulaires et moléculaires restent largement un mystère. Ici, nous identifions une nouvelle population de cellules qui sont essentielles à la transformation du modèle précoce de cartilage du corps en os, guidées par les protéines régulatrices de gènes activés par la force, YAP et TAZ. »
Joel Boerckel, PhD, auteur principal de l’étude, professeur agrégé de chirurgie orthopédique
En passant au peigne fin les gènes exprimés par des cellules individuelles dans les membres de souris en développement, par séquençage unicellulaire, Boerckel et le premier auteur de l’étude, l’ancien doctorant de Penn Bioengineering Joseph Collins, PhD, ainsi que leurs collègues, ont trouvé et décrit une classe de cellules qui ils ont nommé « les précurseurs des ostéoblastes associés aux vaisseaux (VOP) » qui « envahissent » le cartilage précoce le long des vaisseaux sanguins. Puisque les ostéoblastes sont les cellules nécessaires à la formation (et à la fixation) des os, ces cellules seraient essentiellement les grands-parents des os, les ostéoblastes étant les parents des os.
Et, d’une manière primordiale, une paire de protéines appelées YAP et TAZ qui sont sensibles au mouvement naturel du corps ; dont les travaux antérieurs de l’équipe ont montré qu’elles sont essentielles au développement et à la régénération précoces des os ; servent de guides aux VOP, transmettant signaux qu’ils glanent de la mécanobiologie du corps.
Les chercheurs ont découvert que YAP et TAZ aident à diriger l’intégration des vaisseaux sanguins dans le cartilage, un aspect essentiel du développement osseux. Ils ont pu démontrer ce rôle en supprimant génétiquement YAP et TAZ des modèles de cellules humaines, ce qui semblait arrêter l’angiogenèse, le processus par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins se forment. Ensuite, les chercheurs ont traité ces modèles de cellules humaines avec une variété spéciale de protéine appelée CXCL12, qui a restauré YAP et TAZ et redémarré l’angiogenèse normale.
L’étude est le résultat d’une collaboration de longue date avec le Dr Niamh Nowlan de l’University College Dublin, dont le laboratoire se concentre sur la manière dont les forces mécaniques dirigent le développement du squelette chez des modèles animaux et chez des patients humains.
Il est également approprié que Boerckel, Collins et leur équipe utilisent leur exploration du développement osseux comme une perspective pour approfondir la compréhension de la mécanobiologie.
« L’étude du développement osseux est le berceau de la mécanobiologie », a déclaré Boerckel. « Par exemple, la loi de Wolff sur la transformation osseuse dit que l’os trabéculaire – spongieux – s’adapte d’une manière en fonction des contraintes qui y sont exercées, mais Julius Wolff a consacré plus de temps dans son livre de 1894 à se concentrer sur le développement osseux que sur l’os trabéculaire. «
Grâce aux informations que les chercheurs de Penn ont tirées de leur étude sur le développement osseux et la mécanobiologie, ils pensent pouvoir désormais éclairer certaines connaissances et, espérons-le, le traitement des maladies musculo-squelettiques génétiques et congénitales. Cela inclut la maladie des os fragiles ; dans laquelle le corps ne produit pas correctement de collagène, ce qui entraîne des os qui peuvent se briser facilement ; ou arthrogrypose-;une condition dans laquelle les articulations se développent incorrectement en raison d’un mouvement fœtal limité.
« Nous travaillons actuellement à utiliser ces résultats pour cibler ces cellules et ces voies, soit par des moyens mécaniques directs, soit par des moyens pharmacologiques, afin de restaurer la fonction cellulaire et le bon développement osseux in utero, empêchant potentiellement ce type de conditions », a déclaré Boerckel.
Cette recherche a été financée par l’Institut national de l’arthrite et des maladies musculo-squelettiques et cutanées (R01 AR073809, R01 AR074948, P30AR069619, NSF CMMI 1548571) et le Conseil européen de la recherche (336306).
