La plupart des cellules du corps des êtres vivants dupliquent leur contenu et se séparent physiquement en de nouvelles cellules par le processus de division cellulaire. Mais dans de nombreuses espèces, les cellules germinales, celles qui deviennent des ovules ou des spermatozoïdes, ne se séparent pas complètement. Ils restent interconnectés par de petits ponts appelés canaux annulaires et se regroupent.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs de Yale découvrent pour la première fois comment il se fait que les cellules germinales des mouches des fruits forment ces canaux annulaires, une découverte qui, selon eux, fournira de nouvelles informations sur une caractéristique largement partagée du développement et sur les maladies dans lesquelles la division cellulaire est perturbé.
Les résultats ont été publiés le 9 mars dans Cellule de développement.
Les scientifiques ont observé des canaux annulaires dans les cellules germinales mâles et femelles de tous les types d’espèces, des organismes plus simples comme les éponges et les mouches des fruits aux animaux plus complexes comme les souris et les humains. Et bien que leur objectif ne soit pas entièrement compris, il existe des preuves que les canaux annulaires sont importants pour le développement cellulaire, disent les chercheurs.
« Par exemple, chez les mouches des fruits femelles, les canaux annulaires sont nécessaires pour développer un ovocyte fonctionnel, un ovule en développement », a déclaré Lynn Cooley, professeure de génétique CNH à la Yale School of Medicine et auteur principal de la nouvelle étude. « Si vous bloquez les canaux annulaires, les mouches femelles développent de minuscules petits œufs et ne peuvent pas se reproduire. »
Mais la façon dont les canaux annulaires se forment est restée incertaine.
Pour mieux comprendre leur formation, les chercheurs ont utilisé une approche d’imagerie en direct. Ils ont marqué plusieurs protéines du canal annulaire chez les mouches des fruits avec des molécules fluorescentes et, à l’aide d’un microscope, ont observé ce que ces protéines faisaient au fil du temps dans les cellules germinales des mâles et des femelles.
« Lorsque nous avons fait cela, nous avons vu les premiers signes d’une structure que nous appelons la lignée germinale », a déclaré Kari Price, stagiaire postdoctorale au laboratoire de Cooley et auteur principal de l’étude.
Le midbody est une structure qui se forme lors de la division cellulaire et l’un de ses rôles est de recruter les molécules nécessaires pour couper les cellules à la fin du processus. Dans l’étude, les chercheurs ont découvert qu’un corps médian inhabituellement grand s’est formé dans les cellules germinales de la mouche des fruits, collé pendant environ 20 à 30 minutes, puis, au lieu d’initier une séparation complète, a subi un remodelage spectaculaire d’une sphère à un anneau. Ces anneaux du milieu du corps sont alors devenus des canaux annulaires stables qui reliaient les cellules sœurs.
Les chercheurs ont également découvert cette transition du canal médian à l’anneau chez les polypes d’eau douce et les souris, suggérant qu’il s’agit d’une caractéristique qui a été préservée tout au long de l’évolution.
« Voir ce petit objet solide se transformer en un anneau – cela n’avait jamais été observé dans des cellules vivantes intactes auparavant. C’était, pour nous, très frappant; c’était un moment ‘a-ha' », a déclaré Cooley. « Et il aurait été difficile de découvrir cela dans autre chose que les mouches des fruits. Cette étude est un excellent exemple de la façon dont les systèmes modèles comme les mouches des fruits sont essentiels pour comprendre les mécanismes fondamentaux du développement. »
En plus d’être une étape importante vers la compréhension de la fonction et de la formation des canaux annulaires, selon les chercheurs, la nouvelle découverte pourrait également donner un aperçu de la division cellulaire incomplète qui se produit dans le développement typique d’une variété d’espèces et de maladies où la division cellulaire incomplète est en cause, comme le cancer colorectal, le lymphome de Hodgkin et certains syndromes d’immunodéficience.
Les résultats peuvent également aider les scientifiques à comprendre les tout débuts de l’évolution.
« Il existe des créatures très primitives qui, lorsqu’elles se divisent, forment des colonies qui sont attachées par des ponts cellulaires persistants, un peu comme ce que nous voyons avec les cellules germinales », a déclaré Cooley. « Peut-être que cette façon de garder les cellules sœurs connectées dans une colonie ou un cluster est le début de la façon dont l’évolution multicellulaire s’est produite, et peut-être que les cellules germinales en sont le reflet. »
À l’avenir, les chercheurs visent à identifier les mécanismes qui poussent les cellules germinales à rester connectées.
« Dans cette étude actuelle, nous avons vu que le blocage d’une enzyme appelée Citron kinase retardait ou empêchait la transition du canal médian à l’anneau », a déclaré Price. « Nous examinons donc plus en profondeur la Citron kinase pour voir exactement ce qu’elle fait dans ces cellules pendant la division. »
Plus d’information:
Kari L. Price et al, le remodelage du corps médian conservé au cours de l’évolution précède la formation du canal annulaire pendant la gamétogenèse, Cellule de développement (2023). DOI : 10.1016/j.devcel.2023.02.008