Les schémas de ramification sont répandus dans notre environnement naturel et dans le corps humain, comme dans les poumons et les reins. Par exemple, on sait que des gènes spécifiques qui expriment des protéines de facteurs de croissance influencent le développement des branches complexes des poumons. Pourtant, jusqu’à présent, les mécanismes derrière ce phénomène sont restés un mystère.
Des chercheurs de l’Université de Kyoto ont dévoilé un système de régulation reliant le signal, la force et la forme dans le développement de la structure pulmonaire de la souris. L’équipe a reconnu que la protéine signal ERK joue un rôle actif dans la courbure du tissu pulmonaire en croissance. La recherche est publié dans la revue Biologie actuelle.
« ERK signale au tissu cellulaire de s’étirer vers l’extérieur pour adoucir sa courbe », explique Tsuyoshi Hirashima, anciennement de la Graduate School of Biostudies de KyotoU et maintenant à l’Institut de mécanobiologie de l’Université nationale de Singapour.
Comme s’il était chorégraphié, un mélange de signaux chimiques déclenche la mécanique cellulaire des poumons d’un embryon de souris, entraînant le développement de schémas de ramification complexes.
La mécanobiologie a attiré une attention croissante ces dernières années, en se concentrant sur les forces générées par les cellules et les tissus, la signalisation intracellulaire et leurs interactions combinées avec des facteurs géométriques qui influencent la morphogenèse.
« La réponse de signalisation étonnamment précise d’ERK à la courbure du tissu pulmonaire était éclairante. Elle suggère une orchestration développementale élégamment plus nuancée qu’on ne le pensait auparavant », a déclaré Hirashima.
Utilisant des techniques d’imagerie microscopique avancées, l’équipe d’Hirashima a observé en temps réel le comportement de l’ERK dans les poumons en développement en combinant un biocapteur fluorescent (pour quantifier l’activité de l’ERK dans les cellules vivantes) avec la microscopie à deux photons, qui capture les activités cellulaires et moléculaires des tissus en 3D.
Les résultats ont montré qu’ERK intervenait dans la détection de courbure et la génération de force dans les cellules épithéliales, provoquant une boucle de rétroaction négative et un motif de ramification répétitif.
« Nous sommes particulièrement intéressés par l’exploration de la manière dont les perturbations de ce système signal-force-forme pourraient contribuer à des anomalies physiologiques ou à des maladies », explique Hirashima.
Ces idées peuvent s’appliquer aux processus de développement d’autres organes et à la formation de poumons de souris, une prise de conscience qui appelle une exploration plus approfondie des principes fondamentaux.
« En fin de compte, nos résultats offrent une compréhension plus approfondie des nouveaux principes des systèmes de régulation biologique, avec des applications prometteuses en médecine régénérative et en recherche sur les organoïdes », conclut Hirashima.
Plus d’information:
Tsuyoshi Hirashima et al, le retour de courbure médié par ERK régule la morphogenèse ramifiée dans le tissu épithélial pulmonaire, Biologie actuelle (2024). DOI : 10.1016/j.cub.2023.12.049