Les ovules commencent comme des gouttes rondes. Après la fécondation, ils commencent à se transformer en personnes, chiens, poissons ou autres animaux en s’orientant de la tête à la queue, du dos au ventre et de gauche à droite. Ce qui définit exactement ces directions d’orientation corporelle a été deviné mais pas vu. Aujourd’hui, des chercheurs du Laboratoire de biologie marine (MBL) ont imaginé le tout début de ce réarrangement cellulaire, et leurs découvertes aident à répondre à une question fondamentale.
«La partie la plus intéressante et la plus mystérieuse de la biologie du développement est l’origine de l’axe corporel chez les animaux», a déclaré le chercheur Tomomi Tani. Scientifique MBL au Eugene Bell Center au moment de la recherche, Tani fait maintenant partie de l’Institut national japonais des sciences et technologies industrielles avancées.
Le travail de Tani et Hirokazu Ishii, rapporté cette semaine dans Biologie moléculaire de la cellule, montre que les deux parents contribuent à l’orientation corporelle de leur progéniture. Pour les espèces animales étudiées dans la recherche (giclées de mer), l’apport de la mère définit l’axe dos-ventre tandis que celui du père le fait pour l’axe tête-queue.
« Les signaux maternels et paternels sont nécessaires pour établir le plan corporel de l’embryon animal en développement », a déclaré Tani.
Cette recherche aborde des questions fondamentales en biologie du développement et peut également fournir des indices sur les raisons pour lesquelles les choses tournent parfois mal. Ces connaissances pourraient profiter à des domaines aussi divers que la médecine et l’agriculture.
La théorie dominante sur la façon dont l’axe du corps est défini est que les filaments d’actine à l’intérieur de l’œuf, qui sont impliqués dans le mouvement et la contraction des cellules, alimentent le réarrangement du matériel cytoplasmique dans l’œuf après sa fécondation. Mais voir cela se produire a été un défi parce que le début du processus a lieu rapidement et sur de très petites distances à l’intérieur des cellules vivantes.
Pour surmonter ces obstacles, Tani et Ishii ont utilisé un microscope à polarisation de fluorescence, une technologie développée il y a quelques années à MBL par Tani, Shalin Mehta (maintenant à Chan Zuckerberg Biohub) et le scientifique principal de MBL Rudolf Oldenbourg, ainsi que des scientifiques d’autres institutions. Cette technologie permet d’imaginer des événements se déroulant à des distances mesurées en nanomètres, ou des milliers de fois plus petites que le diamètre d’un cheveu humain. La méthodologie est également familière à Tani et à d’autres.
«L’utilisation de la lumière polarisée pour observer la dynamique de l’ordre moléculaire est une tradition de l’imagerie MBL», a noté Tani, qui a commencé avec des études pionnières sur les cellules vivantes de Shinya Inoué dans les années 1950.
Lorsqu’elles sont polarisées, les ondes lumineuses oscillent partiellement ou complètement dans une seule direction: haut / bas, gauche / droite, horaire / anti-horaire, etc. C’est pourquoi un filtre laisse passer la lumière polarisée dans une seule orientation, mais la bloque lors de la rotation.
Tani et Ishii ont attaché des molécules de sonde fluorescentes, qui brillent lorsqu’elles sont éclairées avec la bonne lumière, à l’actine dans les œufs de giclées de mer (Ciona), une espèce marine souvent étudiée par les chercheurs comme modèle de développement animal. Le lien sonde-actine était très rigide, a déclaré Tani, permettant au microscope de détecter l’orientation des molécules d’actine en travaillant avec la lumière polarisée.
Donc, si l’actine pointait toutes dans une seule orientation, les chercheurs l’ont repérée. Si l’actine était confuse, ils pouvaient le voir aussi. Lorsque Tani et Ishii ont regardé des œufs non fécondés, ils ont vu un arrangement principalement aléatoire d’actine. Après la fécondation, une onde d’ion calcium a traversé l’œuf et les filaments d’actine alignés et contractés le long de l’orientation qui était à droite, soit 90o, angle par rapport au futur axe dos / ventre. Le cytoplasme s’est alors déplacé. Ce processus de formation du plan corporel a commencé juste après la fécondation.
La recherche sur l’orientation des œufs fécondés est suivie d’autres investigations. L’un des objectifs à long terme d’une telle imagerie est de détecter et de comprendre la force dans l’embryon en développement qui façonne sa morphologie, sa forme et sa structure.
«Nous espérons que les ordres moléculaires dans le cytosquelette nous disent quelque chose comme des« lignes de champ »de forces mécaniques qui organisent la morphologie des organismes multicellulaires», a déclaré Tani lors de la discussion des efforts futurs.
La source:
Laboratoire de biologie marine
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