Cette larve de poisson zèbre a été génétiquement modifiée pour que les cellules formant les os du visage émettent une fluorescence verte. Normalement, ils sont incolores et transparents, donc quasiment invisibles à ce stade. En tant qu’embryons, leur tête et leur queue commencent à se former après seulement 16 heures. À l’âge adulte, ils ne mesurent que 2 à 5 centimètres de long. Crédit : 2023 Liu et al.
L’impact des substances sur les embryons de poisson zèbre montre comment le développement prénatal des traits du visage humain pourrait également être affecté.
Certaines substances présentes dans les médicaments, les articles ménagers et l’environnement sont connues pour affecter le développement prénatal de l’enfant.
Dans une étude publiée dans Sciences toxicologiques, les chercheurs ont testé les effets de cinq médicaments (dont la caféine et la warfarine, un anticoagulant) sur la croissance des embryons de poisson zèbre. Ils ont constaté que les cinq avaient le même effet, altérant la migration des cellules formant les os, ce qui entraînait l’apparition de malformations faciales.
Les embryons de poisson zèbre se développent rapidement, sont transparents et se développent en dehors du corps des parents, ce qui les rend idéaux pour étudier le développement précoce. Un système basé sur le poisson zèbre pourrait être utilisé pour détecter facilement les substances potentiellement nocives, réduisant ainsi les tests sur les animaux sur les mammifères et aidant les futurs parents à faire des choix pour eux-mêmes et leur bébé.
Ces images fluorescentes d’embryons de poisson zèbre vivants montrent le mouvement, l’assemblage et la croissance des cellules formant le cartilage 48, 72 et 96 heures après la fécondation. Crédit : 2023 Liu et al.
Différences faciales : causes et prévalence
Que ce soit dès la naissance ou à cause d’événements qui surviennent dans la vie, de nombreuses personnes présentent des différences dans l’apparence de leur visage. Dans le monde, plus d’un tiers de toutes les anomalies congénitales sont liées au développement de la tête ou des os du visage d’un enfant – leurs caractéristiques cranio-faciales – un exemple courant étant une fente labiale et/ou palatine. La cause exacte des différences cranio-faciales n’est pas entièrement comprise, mais les chercheurs pensent actuellement que plusieurs facteurs peuvent être impliqués. Cela inclut la génétique, l’environnement du parent gestationnel, son régime alimentaire, certaines maladies et certains médicaments ou produits chimiques.
Tératogènes et méthodes de test
Les tératogènes sont des substances connues pour perturber la croissance d’un embryon ou d’un fœtus ; par exemple, il est conseillé aux personnes enceintes d’éviter l’alcool et la nicotine. Les agents tératogènes potentiels sont généralement sélectionnés à l’aide d’animaux tels que les rongeurs et les lapins. Cependant, les chercheurs recherchent des méthodes alternatives plus rapides, moins coûteuses et réduisant le besoin de tests sur les mammifères.
Ces images montrent le développement du cartilage cranio-facial d’un poisson zèbre (via coloration fluorescente) 96 heures après la fécondation, comparant le développement typique (à l’extrême gauche) avec l’effet des cinq médicaments testés. Crédit : 2023 Liu et al.
Poisson zèbre : un détecteur de tératogènes
C’est là qu’intervient le poisson zèbre. Ces minuscules poissons d’eau douce mesurant de 2 à 5 centimètres grandissent très rapidement, se développant autant en une journée qu’un embryon humain le ferait en un mois. « Les embryons de poisson zèbre sont transparents et se développent en dehors de la mère, nous pouvons donc surveiller le comportement des cellules vivantes au fur et à mesure de leur développement », a déclaré Toru Kawanishi, professeur adjoint du projet au Département des sciences biologiques de l’Université de Tokyo au moment de l’étude. Au cours des 10 dernières années, plusieurs projets de recherche ont montré que le poisson zèbre peut être utilisé efficacement pour rechercher des agents tératogènes. Cependant, les mécanismes exacts par lesquels les agents tératogènes altèrent ou altèrent le développement embryonnaire typique sont encore à l’étude.
Aperçus de l’étude
L’équipe s’est concentrée sur un marqueur génétique spécifique pour un groupe de cellules impliquées dans le développement cranio-facial chez les mammifères et les poissons. Chez l’homme, on sait que ceux-ci font partie du nez et de la mâchoire. « Nous avons manipulé le génome des embryons de poisson zèbre et rendu les cellules osseuses visibles par fluorescence en vert. Nous les avons ensuite traités avec des produits chimiques connus pour provoquer des anomalies faciales chez les nouveau-nés humains, et avons suivi les trajectoires des cellules formant les os tout au long des stades embryonnaires », a expliqué Kawanishi.
L’équipe a testé cinq produits chimiques : valproïque acide (utilisé pour traiter les troubles neurologiques et psychiatriques), la warfarine (un anticoagulant), l’acide salicylique (populaire dans les onguents cutanés), la caféine et le méthotrexate (utilisé en chimiothérapie). Ils ont constaté que, comme prévu, tous les produits chimiques testés provoquaient divers degrés d’anomalies cranio-faciales 96 heures après la fécondation. Cependant, ils ont été surpris par le mécanisme à l’origine de ce phénomène et par la rapidité avec laquelle il a commencé.
« Les cellules formant les os et le cartilage de la tête, appelées cellules de la crête neurale crânienne (CNCC), se déplacent généralement sur une longue distance depuis l’endroit où elles se sont formées pour la première fois autour de la nuque, jusqu’à leurs destinations prévues telles que la mâchoire ou le nez. » a expliqué Kawanishi. « Nous avons été surpris de constater que, quelle que soit la manière dont chaque produit chimique agit sur les cellules au niveau moléculaire, une migration altérée des cellules formant les os au début du développement était responsable de l’apparition de malformations faciales pour les cinq produits chimiques. Nous pourrions en voir des signes en seulement 24 heures, à un moment où les embryons de poisson zèbre et de mammifères partagent des caractéristiques morphologiques et moléculaires très similaires.
Les résultats indiquent l’existence potentielle d’un mécanisme général par lequel les produits chimiques tératogènes limitent le mouvement des CNCC dès le début dans les embryons, provoquant le développement de différences faciales. Les chercheurs extrapolent que les différences faciales causées par d’autres substances pourraient également suivre le même mécanisme.
« Nous viserons à révéler le mécanisme moléculaire sous-jacent à la migration cellulaire altérée, afin de comprendre pourquoi différents produits chimiques conduisent à des défauts communs dans la migration cellulaire », a déclaré Kawanishi.
L’équipe propose d’utiliser ce système basé sur le poisson zèbre comme autre moyen de tester les croisements.espèces tératogènes, afin que les parents et les médecins puissent être sensibilisés à les limiter ou à les éviter.
