Où mettre la tête et la queue ? Les chercheurs découvrent un nouveau facteur dans la formation des axes corporels

La formation des axes corporels est un élément essentiel du développement embryonnaire. Ils garantissent que toutes les parties du corps arrivent à leur place et qu'aucune oreille ne pousse sur notre dos. L’axe tête-queue, par exemple, détermine l’orientation des deux extrémités du corps. On supposait auparavant que cet axe était largement déterminé par l'interaction entre les signaux Nodal et BMP.

Cependant, il semble y avoir un autre acteur dans ce système, comme l'ont découvert les groupes de recherche dirigés par Christian Schröter de l'Institut Max Planck de physiologie moléculaire de Dortmund et Ivan Bedzhov de l'Institut Max Planck de biomédecine moléculaire de Münster en utilisant un embryon. -comme le système modèle qu’ils ont développé. L'ouvrage est publié dans la revue Communications naturelles.

En l’absence de BMP, la molécule de signalisation bêta-caténine joue le rôle d’antagoniste nodal. Ce nouveau mécanisme pourrait constituer une solution flexible pour la formation d’axes chez des embryons de formes différentes.

Notre plan corporel de base est déterminé au début du développement embryonnaire par la formation de trois axes corporels. En termes simples, ils déterminent où se trouvent le haut et le bas, l’avant et l’arrière, la droite et la gauche. L'axe tête-queue détermine la position des deux ouvertures du corps, la bouche et l'anus. L'activation de divers gènes régulateurs le long de l'axe tête-queue et de deux autres axes corporels conduit au développement de certains types de cellules et de tissus.

De cette façon, les axes déterminent le modèle de la forme du corps ultérieure. Cependant, malgré ce rôle important, de nombreuses questions sur la formation des axes restent sans réponse.

Les souris ressemblent à des tasses

En termes d'évolution, l'axe tête-queue est l'axe corporel le plus ancien et est déterminé dès le début du développement embryonnaire. Chez la souris, il se développe quelques jours seulement après la fécondation. A ce stade, l’embryon ressemble à une coupe composée de deux couches de cellules et d’un couvercle épais.

Au fond de la cupule, une nouvelle population cellulaire se développe dans la couche cellulaire externe, l'endoderme viscéral. Les cellules de cet endoderme viscéral antérieur (AVE) se déplacent alors vers le bord de la cupule et s'arrêtent environ à mi-chemin. À ce stade, la tête se développe à partir de la couche cellulaire interne de la cupule, l’épiblaste, et la queue se développe du côté opposé.

On pensait auparavant que ce processus était déclenché et contrôlé par l’antagonisme de deux signaux moléculaires. L'épiblaste émet du Nodal, tandis que le couvercle, l'endoderme extra-embryonnaire, libère son homologue BMP. Le fond de la tasse, le plus éloigné du couvercle, reçoit le moins de signal BMP. De ce fait, le signal Nodal y prédomine et la population AVE s'y différencie.

Les humains aiment les disques

Dans leur étude actuelle, les chercheurs de Max Planck ont ​​pu identifier un autre acteur clé dans la formation des axes. À cette fin, ils ont développé un nouveau système modèle embryonnaire composé d’une couche d’épiblaste et d’une couche de cellules VE – une tasse sans couvercle. Ils y sont parvenus grâce au traitement ciblé et contrôlé de cellules souches embryonnaires de souris avec des facteurs de croissance.

Et malgré l’absence de signalisation BMP provenant du tissu extra-embryonnaire, une population de cellules AVE a pu se former à partir des cellules VE – point de départ du développement du premier axe corporel. Les chercheurs ont pu montrer que la bêta-caténine, une molécule de signalisation qui n'était auparavant connue que comme régulateur d'un autre axe corporel du développement embryonnaire, est nécessaire à cet effet.

“Il est fort possible que la bêta-caténine joue également un rôle important dans le développement de l'axe tête-queue chez les embryons humains. L'embryon humain fait plus penser à un disque qu'à une cupule. Il est donc fort probable que la répartition des BMP est très différent de celui de l'embryon de souris et que d'autres mécanismes jouent un rôle dans la formation du premier axe corporel”, explique Christian Schröter.

Cellules souches sur la même longueur d'onde

“Nos agrégats de type embryonnaire à deux couches ont été la clé de notre succès. D'autres études utilisent généralement un mélange de différentes lignées de cellules souches. Cependant, les populations cellulaires que nous avons utilisées proviennent d'une seule lignée de cellules souches. Cela signifie qu'elles n'ont pas seulement un patrimoine génétique identique, mais utilisent également les mêmes systèmes de communication. On pourrait aussi dire qu'ils sont sur la même longueur d'onde”, explique Schröter.

“Les agrégats de cellules souches embryonnaires humaines modélisés sur notre système pourraient constituer un outil expérimental prometteur pour étudier les événements au cours du développement embryonnaire à l'avenir.”