Bien que le chef-d’œuvre de Michel-Ange David capturé la magnificence du corps humain – comment ce plan corporel exquis est exactement établi au cours du développement humain a intrigué les scientifiques pendant plus d’un siècle. Cela est dû en grande partie aux limitations techniques et aux préoccupations éthiques associées à l’utilisation d’embryons humains dans la recherche.
Cependant, maintenant, les travaux publiés dans La nature par une équipe internationale de scientifiques dirigée par le Dr Cantas Alev, à l’Institut pour l’étude avancée de la biologie humaine (ASHBi) de l’Université de Kyoto, ont découvert à l’aide de leur propre maillet et burin – une boîte de Pétri et des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) – comment les premières étapes du plan du corps humain sont établies.
Semblable à d’autres organismes du règne animal, le corps humain se compose d’unités ou de segments anatomiques répétitifs – un exemple frappant étant les vertèbres de la colonne vertébrale humaine. La version la plus primitive de ces segments dans l’embryon humain, connue sous le nom de somites, provient d’un tissu embryonnaire appelé mésoderme présomitique (PSM) et contribue à la formation de diverses structures, notamment le cartilage, les os, la peau et les muscles squelettiques. Alors que les travaux antérieurs d’Alev et de ses collègues reconstituaient la soi-disant horloge de segmentation, un oscillateur moléculaire et une «onde» dynamique d’expression génique nécessaires à la formation correcte des somites humains (somitogenèse), ils ne pouvaient pas récapituler le complexe tridimensionnel (3- D) changements morphologiques et structurels survenant au cours du développement de l’axe du corps humain.
Dans leur nouvelle étude, Alev et ses collègues, en utilisant un cocktail composé de cellules humaines dérivées d’iPSC et de Matrigel – un composé de gel visqueux enrichi en composants de matrice extracellulaire – ont maintenant généré un modèle 3D qui peut récapituler le développement de nos premiers plan du corps dans un plat, qu’ils ont appelé « axioloïdes ».
(Notre) les axioloïdes capturent, non seulement la nature oscillatoire de l’horloge de segmentation, mais aussi les caractéristiques moléculaires ainsi que les caractéristiques morphologiques et structurelles 3D observées au cours du processus de segmentation et de somitogenèse. »
Dr Cantas Alev, Institut pour l’étude avancée de la biologie humaine (ASHBi), Université de Kyoto
En adoptant une approche ascendante dans leur conception expérimentale, Alev et son équipe ont identifié un rôle fonctionnel auparavant méconnu pour les rétinoïdes, plus communément appelés vitamine A et ses dérivés, lors de la formation de somites. « Notre approche ascendante était essentielle pour démêler le rôle des rétinoïdes au cours de la somitogenèse. Il est probable que de nombreux chercheurs aient manqué ce rôle essentiel car la vitamine A est un complément courant qui est généralement inclus dans les milieux de culture », commente Alev.
Lorsque les axioloïdes d’Alev ont été comparés à de vrais embryons humains, ils ont révélé « des similitudes remarquables avec les embryons humains de stade Carnegie 9-12, qui sont connus pour être une étape critique du développement humain où des organes tels que le cerveau et le cœur commencent à se former », explique Alev.
Enfin, en utilisant des CSPi contenant des mutations couramment associées à la maladie congénitale de la colonne vertébrale, Alev et ses co-auteurs ont démontré que les axioloïdes peuvent jouer un rôle déterminant dans la définition de la contribution de ces mutations à la pathogenèse de ces maladies.
Alev commente, « notre (de bas en haut) approche de génération d’axioloïdes nous a non seulement permis de découpler des processus biologiques fondamentaux, tels que la morphologie cellulaire et les états cellulaires, mais elle nous a permis de déterminer comment les mutations contribuent aux maladies de la colonne vertébrale » et poursuit-il, « nous prévoyons également que des stratégies similaires deviendront de plus en plus nécessaires afin de mieux comprendre l’étiologie et la pathologie d’autres maladies ».
Ces résultats, ainsi qu’une autre étude complémentaire menée par des chercheurs de la Harvard Medical School, ont été publiés dans La nature le 21 décembre 2022.
