cellula

À l’aube de leur existence, tous les animaux partent d’une cellule œuf qui se divise en deux, puis en quatre, puis en huit, et ainsi de suite. Au fil du développement embryonnaire, ces cellules se différencient en plusieurs types cellulaires distincts, qui s’organisent spatialement en tissus spécifiques, puis en organes complets. Mais comment les cellules sont-elles capables de se maintenir en structures organisées malgré les réarrangements à grande échelle qui se produisent dans l’embryon et les perturbations qu’ils engendrent ?

Pour répondre à cette question, des scientifiques de l’institut Blavatnik de l’école de médecine de Harvard, dirigés par Sean Megason, ont étudié le processus de formation de la colonne vertébrale chez le poisson-zèbre, un animal modèle couramment utilisé en recherche en biologie du développement. Leur objectif était de découvrir comment les cellules se lient entre elles et comment elles maintiennent ces liaisons malgré les déplacements constants de l’embryon.

Les chercheurs ont découvert que chaque type cellulaire exprime une combinaison unique de « molécules d’adhésion », qui déterminent la nature et la force de la connexion entre les cellules et permettent l’apparition de motifs tissulaires. Plus précisément, l’analyse du profil d’expression génétique de différents types cellulaires a révélé l’implication de trois gènes clés dans le processus d’adhésion : la N-cadhérine, la cadhérine-11 et la protocadhérine-19.

Pour tester l’hypothèse que les cellules adhèrent à certains types cellulaires spécifiquement et restent ainsi ensemble, les scientifiques ont effectué des expériences où ils ont associé deux cellules et les ont tirées dans des sens opposés à l’aide de micropipettes, en mesurant la force nécessaire pour séparer les deux cellules. Ils ont ainsi remarqué que les cellules de types similaires adhèrent plus facilement et avec plus de force entre elles que les cellules de types différents.

Mais comment ces liaisons sont-elles maintenues malgré les déplacements constants de l’embryon et les réarrangements à grande échelle qui se produisent pendant le développement embryonnaire ? Les scientifiques ont alors examiné le rôle des morphogènes, des molécules de signalisation qui sont relâchées dans l’embryon en des points précis, depuis lesquels ils se diffusent avec un gradient de concentration décroissant. Le taux de morphogènes auquel une cellule est exposée détermine quels programmes cellulaires sont activés, et par extension quel sera le destin de la cellule (cellules de tissu musculaire, cellule de peau…).

En modifiant l’activité des morphogènes, les chercheurs ont pu perturber l’expression des trois gènes impliqués dans l’adhésion différentielle et donc dans la différenciation cellulaire. Cela montre que les modèles du drapeau français et de l’adhésion différentielle sont complémentaires et permettent aux cellules similaires de rester liées et de former des motifs distincts et précis. La compréhension de ces mécanismes complexes pourrait ouvrir la voie à la synthèse de tissus et d’organes artificiels en laboratoire pour les greffes et les tests de nouvelles substances médicales. Cette recherche pourrait également avoir des implications dans le domaine de la régénération tissulaire et de la médecine régénérative en général.