Pendant que le potier travaille le rouet, la friction entre ses mains et l’argile molle l’aide à le façonner en toutes sortes de formes et de créations. Dans un parallèle fascinant, les ovocytes d’ascidies (cellules immatures) exploitent la friction dans divers compartiments de leur intérieur pour subir des changements de développement après la conception. Une étude du groupe Heisenberg de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (ISTA), publiée dans Physique naturelledécrit maintenant comment cela fonctionne.
La mer regorge de formes de vie fascinantes. Des algues et poissons colorés aux escargots marins et ascidies, un monde complètement différent se révèle sous l’eau. Les ascidies ou ascidies en particulier sont très inhabituelles : après un stade larvaire libre, la larve s’installe, s’attache à des surfaces solides comme des rochers ou des coraux et développe des tubes (siphons), leur caractéristique déterminante.
Bien qu’ils ressemblent à des taches caoutchouteuses à l’âge adulte, ce sont les invertébrés les plus étroitement apparentés aux humains. Surtout au stade larvaire, les ascidies nous ressemblent étonnamment. Par conséquent, les ascidies sont souvent utilisées comme organismes modèles pour étudier le développement embryonnaire précoce des vertébrés auxquels appartiennent les humains.
« Bien que les ascidies présentent les caractéristiques développementales et morphologiques fondamentales des vertébrés, elles possèdent également la simplicité cellulaire et génomique typique des invertébrés », explique Carl-Philipp Heisenberg, professeur à l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (ISTA). « En particulier, la larve d’ascidie est un modèle idéal pour comprendre le développement précoce des vertébrés. »
Les derniers travaux de son groupe de recherche donnent désormais de nouvelles perspectives sur leur développement. Les résultats suggèrent que lors de la fécondation des ovocytes ascidiens, les forces de friction jouent un rôle crucial dans le remodelage et la réorganisation de leur intérieur, annonçant les prochaines étapes de leur cascade de développement.
Un aperçu en direct de l’intérieur des ovocytes. Les chercheurs ont étiqueté la protéine actine du cortex actomyosine (à gauche, coloration verte) et du myoplasme (à droite, coloration bleue) pour visualiser leur mouvement après la fécondation de l’ovocyte. Lorsque le cortex d’actomyosine se déplace dans la région inférieure de l’œuf, il interagit mécaniquement avec le myoplasme, le faisant se déformer. Les boucles finissent par se transformer en pôle de contraction. Crédit : Caballero-Mancebo et al./Nature Physics
Décoder la transformation des ovocytes
Les ovocytes sont des cellules germinales femelles impliquées dans la reproduction. Après une fécondation réussie avec du sperme mâle, les ovocytes animaux subissent généralement une réorganisation cytoplasmique, modifiant leur contenu et leurs composants cellulaires. Ce processus établit le modèle du développement ultérieur de l’embryon. Chez les ascidies, par exemple, ce remaniement conduit à la formation d’une saillie en forme de cloche – une petite bosse ou en forme de nez – connue sous le nom de pôle de contraction (CP), où se rassemblent les matériaux essentiels qui facilitent la maturation de l’embryon. Le mécanisme sous-jacent à l’origine de ce processus reste cependant inconnu.
Les chercheurs ont entrepris de déchiffrer ce mystère. Pour cette entreprise, le groupe Heisenberg a importé des ascidies adultes de la station marine de Roscoff en France. Presque tous les ascidies sont hermaphrodites, car ils produisent des cellules germinales mâles et femelles.
« En laboratoire, nous les conservons dans des réservoirs d’eau salée d’une manière adaptée à l’espèce pour obtenir des ovules et des spermatozoïdes afin d’étudier leur développement embryonnaire précoce », explique Silvia Caballero-Mancebo, première auteure de cette étude et précédente doctorante. étudiant au laboratoire Heisenberg.
Formation du pôle de contraction. Time-lapse microscopique des changements de forme cellulaire dans les ovocytes ascidiens après la fécondation : d’un œuf non fécondé à l’initiation du pôle de contraction, à la formation du pôle de contraction et à l’absorption du pôle de contraction. Crédit : Caballero-Mancebo et al./Nature Physics
Les scientifiques ont analysé au microscope les ovocytes d’ascidies fécondés et ont réalisé qu’ils suivaient des changements très reproductibles dans la forme des cellules menant à la formation du pôle de contraction. La première enquête des chercheurs s’est concentrée sur le cortex d’actomyosine (cellule), une structure dynamique trouvée sous la membrane cellulaire des cellules animales. Composé de filaments d’actine et de protéines motrices, il agit généralement comme un moteur des changements de forme des cellules.
« Nous avons découvert que lorsque les cellules sont fécondées, une tension accrue dans le cortex d’actomyosine provoque sa contraction, entraînant son mouvement (flux), entraînant les premiers changements de forme de la cellule », poursuit Caballero-Mancebo. Les flux d’actomyosine se sont toutefois arrêtés lors de l’expansion du pôle de contraction, ce qui suggère qu’il existe d’autres acteurs responsables de la bosse.
Les forces de friction ont un impact sur le remodelage des cellules
Les scientifiques ont examiné de plus près d’autres composants cellulaires susceptibles de jouer un rôle dans l’expansion du pôle de contraction. Ce faisant, ils ont découvert le myoplasme, une couche composée d’organites et de molécules intracellulaires (formes apparentées que l’on retrouve dans de nombreux œufs de vertébrés et d’invertébrés), positionnée dans la région inférieure de l’œuf d’ascidie.
« Cette couche spécifique se comporte comme un solide extensible : elle change de forme avec l’ovocyte pendant la fécondation », explique Caballero-Mancebo.
Au cours du flux du cortex d’actomyosine, le myoplasme se plie et forme de nombreuses boucles en raison des forces de friction établies entre les deux composants. À mesure que le mouvement de l’actomyosine s’arrête, les forces de friction disparaissent également.
« Cette cessation conduit finalement à l’expansion du pôle de contraction à mesure que les multiples boucles du myoplasme se transforment en une bosse bien définie en forme de cloche », ajoute Caballero-Mancebo.
L’étude fournit un nouvel aperçu de la manière dont les forces mécaniques déterminent la forme des cellules et de l’organisme. Cela montre que les forces de friction sont essentielles à la formation et à la formation d’un organisme en évolution. Cependant, les scientifiques commencent seulement à comprendre le rôle spécifique de la friction dans le développement embryonnaire.
Heisenberg ajoute: « Le myoplasme est également très intrigant, car il est également impliqué dans d’autres processus embryonnaires des ascidies. Explorer ses propriétés matérielles inhabituelles et comprendre comment ils jouent un rôle dans la formation des ascidies sera très intéressant. »
Plus d’information:
Les forces de friction déterminent la réorganisation cytoplasmique et les changements de forme des ovocytes ascidiens lors de la fécondation, Physique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41567-023-02302-1