Les scientifiques révèlent des informations sans précédent sur le développement des membres humains, notamment sur les nombreux processus complexes qui régissent leur formation.
Les doigts et les orteils humains ne poussent pas vers l’extérieur ; au lieu de cela, ils se forment à partir d’un bourgeon fondateur plus grand, à mesure que les cellules intermédiaires reculent pour révéler les doigts en dessous. C’est l’un des nombreux processus capturés pour la première fois alors que les scientifiques dévoilent un atlas spatial des cellules de l’ensemble du membre humain en développement, résolu dans l’espace et dans le temps.
Collaboration de recherche innovante
Des chercheurs du Wellcome Sanger Institute, de l’Université Sun Yat-sen, de l’Institut européen de bioinformatique de l’EMBL et de leurs collaborateurs ont appliqué des technologies unicellulaires et spatiales de pointe pour créer un atlas caractérisant le paysage cellulaire du premier membre humain, localisant ainsi l’emplacement exact des cellules. .
Cette étude fait partie de l’initiative internationale Human Cell Atlas visant à cartographier chaque type de cellule du corps humain,(1) pour transformer la compréhension de la santé et de la maladie.
Publications et candidatures
L’atlas, publié aujourd’hui (6 décembre) dans la revue Naturefournit une ressource librement disponible qui capture les processus complexes régissant le développement rapide des membres au cours des premiers stades de leur formation.(2)
L’atlas révèle également de nouveaux liens entre les cellules du développement et certains syndromes congénitaux des membres, tels que les doigts courts et les chiffres supplémentaires.
Comprendre la formation des membres
On sait que les membres apparaissent initialement sous forme de poches de cellules indifférenciées sur les côtés du corps, sans forme ni fonction spécifique. Cependant, après 8 semaines de développement, ils sont bien différenciés, anatomiquement complexes et immédiatement reconnaissables comme des membres, avec les doigts et les orteils. Cela nécessite une orchestration très rapide et précise des cellules. Toute petite perturbation de ce processus peut avoir un effet en aval, c’est pourquoi les variations des membres font partie des syndromes à la naissance les plus fréquemment signalés, affectant environ une naissance sur 500 dans le monde.(3)
Relier les modèles humains et animaux
Bien que le développement des membres ait été largement étudié sur des modèles de souris et de poussins, la mesure dans laquelle ils reflètent la situation humaine reste floue. Cependant, les progrès technologiques permettent désormais aux chercheurs d’explorer les premières étapes de la formation des membres humains.
Dans cette nouvelle étude, des scientifiques du Wellcome Sanger Institute de l’Université Sun Yat-sen et leurs collaborateurs ont analysé des tissus entre 5 et 9 semaines de développement. Cela leur a permis de retracer des programmes d’expression génétique spécifiques, activés à certains moments et dans des zones spécifiques, qui façonnent les membres en formation.
Une coloration spéciale du tissu a révélé clairement comment les populations cellulaires s’organisent différemment selon les modèles de chiffres en formation.
Modèles génétiques et syndromes des membres
Dans le cadre de l’étude, les chercheurs ont démontré que certains modèles génétiques ont des implications sur la façon dont les mains et les pieds se forment, identifiant certains gènes qui, lorsqu’ils sont perturbés, sont associés à des syndromes spécifiques des membres comme la brachydactylie (doigts courts) et la polysyndactylie (doigts ou orteils supplémentaires).
L’équipe a également pu confirmer que de nombreux aspects du développement des membres sont partagés entre les humains et les souris.
Dans l’ensemble, ces résultats fournissent non seulement une caractérisation approfondie du développement des membres chez l’homme, mais également des informations essentielles qui pourraient avoir un impact sur le diagnostic et le traitement des syndromes congénitaux des membres.
Points de vue d’experts
Le professeur Hongbo Zhang, auteur principal de l’étude à l’Université Sun Yat-sen de Guangzhou, a déclaré : « Des décennies d’étude d’organismes modèles ont jeté les bases de notre compréhension du développement des membres vertébrés. Cependant, caractériser cela chez l’homme a été difficile jusqu’à présent, et nous ne pouvions pas présumer de la pertinence des modèles murins pour le développement humain. Ce que nous révélons est un processus très complexe et précisément réglementé. C’est comme regarder un sculpteur au travail, ciseler un bloc de marbre pour révéler un chef-d’œuvre. Dans ce cas, c’est la nature qui sculpte, et le résultat est l’incroyable complexité de nos doigts et de nos orteils.
Le Dr Sarah Teichmann, auteure principale de l’étude du Wellcome Sanger Institute et co-fondatrice du Human Cell Atlas, a déclaré : « Pour la première fois, nous avons pu capturer le processus remarquable de développement des membres jusqu’à l’apparition d’une cellule unique. résolution dans l’espace et dans le temps. Nos travaux dans le cadre de l’Atlas des cellules humaines approfondissent notre compréhension de la formation de structures anatomiques complexes, nous aidant à découvrir les processus génétiques et cellulaires à l’origine d’un développement humain sain, avec de nombreuses implications pour la recherche et les soins de santé. Par exemple, nous avons découvert de nouveaux rôles de gènes clés MSC et PITX1 qui peut réguler les cellules souches musculaires. Cela pourrait offrir un potentiel pour traiter des troubles ou des blessures musculaires.
Remarques
- Cette étude fait partie de l’Atlas des cellules humaines (HCA), un consortium collaboratif international qui crée des cartes de référence complètes de toutes les cellules humaines, les unités fondamentales de la vie, comme base pour comprendre la santé humaine et pour diagnostiquer, surveiller et traiter les maladies. . Le HCA est susceptible d’avoir un impact sur tous les aspects de la biologie et de la médecine, propulsant les découvertes et les applications translationnelles et conduisant à terme à une nouvelle ère de médecine de précision. Le HCA a été cofondé en 2016 par le Dr Sarah Teichmann du Wellcome Sanger Institute (Royaume-Uni). et le Dr Aviv Regev, alors au Broad Institute of MIT et Harvard (États-Unis). Véritable initiative mondiale, la HCA compte désormais plus de 3 100 membres, issus de 98 pays à travers le monde. https://www.humancellatlas.org
- Les chercheurs ont analysé les tissus des membres embryonnaires humains entre les semaines 5 et 9 après la conception, fournis par l’hôpital Addenbrooke de Cambridge, au Royaume-Uni, et le centre médical pour femmes et enfants de Guangzhou, en Chine.
- Référence : « Pourquoi étudier les malformations des membres humains ? » par Andrew OM Wilkie, 24 janvier 2003, Journal d’anatomie.
DOI : 10.1046/j.1469-7580.2003.00130.x
