L’espace à l’intérieur des œufs guide les premières étapes de la vie

Imaginez-vous assis à une réunion où la forme de la table et votre place à celle-ci pourraient avoir un impact sur la façon dont vous vous entendez avec les autres membres. Les cellules communiquent également avec leurs voisines les plus proches, et chez les embryons, rien n’est laissé au hasard dans le « plan de table » des premières cellules. Cependant, des questions subsistent sur la façon dont ce processus est contrôlé et comment il peut influencer la croissance globale d’un organisme.

S’appuyant sur leurs études antérieures sur le développement des œufs de vers, des chercheurs de l’Institut de technologie de Kanagawa de l’Université de Kyoto et de l’Institut national de génétique ont maintenant modélisé avec précision la forme des coquilles d’œufs pour montrer comment l’espace dans l’œuf et les contours de la coquille dirigent les positions relatives des cellules dans l’embryon en croissance. Leurs découvertes peuvent fournir une base théorique pour diriger le développement des cellules souches dans des tissus et des organes plus grands.

L’auteur principal, le professeur Sungrim Seirin-Lee de l’Institut pour l’étude avancée de la biologie humaine (WPI-ASHBi) de l’Université de Kyoto, a déclaré : « Nous avons découvert que lorsque les embryons de Caenorhabditis elegans atteignaient le stade de 4 cellules, il y avait cinq modèles que les cellules s’arrangeaient. dans les espaces de l’œuf. Mais les dispositions en T inverses que nous avons trouvées ne correspondaient pas à nos calculs précédents basés sur l’attraction des cellules et le rapport d’aspect des œufs. Nous avons réalisé que quelque chose manquait à notre modèle.

En regardant au microscope des œufs du ver Caenorhabditis elegans, l’équipe avait précédemment remarqué que dans les œufs de forme plus longue, les quatre premières cellules étaient disposées en ligne ; au contraire, si la coquille était ronde, les cellules se regrouperaient. Ils ont également identifié un motif « T-inverse » inexpliqué dans certains œufs, où trois cellules se regroupent, créant un espace en forme de T, avec une cellule alignée à la fin.

L’équipe a émis l’hypothèse que la formation de ce motif pourrait être contrôlée par des variations dans les contours de la coquille d’œuf. Pour tester cela, ils ont appliqué un modèle mathématique de « champ de phase » plus sophistiqué qui pourrait rendre compte plus précisément de la forme réelle de l’œuf mesurée à partir des vers. Ce nouveau modèle a reproduit avec succès les résultats précédents et tient désormais également compte de l’arrangement T-inverse inexpliqué. Les résultats montrent pour la première fois que les contours locaux de l’œuf précédemment ignorés affectent les modèles cellulaires.

Dans la nouvelle façon de voir l’embryon, il s’avère que c’est en fait « l’espace à l’intérieur de l’œuf » qui est un facteur clé qui détermine les modèles cellulaires. Pour tester davantage ce concept, les chercheurs ont examiné les œufs de vers génétiquement modifiés pour laisser plus d’espace aux cellules à l’intérieur. Avec plus d’espace, les quatre premières cellules ont préféré s’étaler en ligne plutôt que de se regrouper.

Seirin-Lee a déclaré: « Les coquilles d’œufs de vers sont souvent traitées comme une simple forme ovale, mais la forme réelle peut être plus proche d’une capsule dans certains cas. Nous comprenons maintenant à quel point les contraintes géométriques et l’espace sont importants pour diriger les cellules, et ce concept s’applique également à cellules humaines. Nous espérons que ce travail nous conduira à une meilleure maîtrise de la différenciation cellulaire contrôlée artificiellement et étendra les capacités des techniques de cellules souches.

L’article « L’espace extra-embryonnaire et le contour local sont des contraintes géométriques critiques régulant l’arrangement cellulaire » a été publié le 12 mai 2022 dans la revue Développement.