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Architectes d’orgues : les cellules remarquables qui façonnent notre développement

SciTechDaily

Épithélium dentaire (surface cellulaire ; jaune) et mésenchyme (surface cellulaire ; magenta). Les cellules en prolifération (cyan) dilatent le tissu, générant une pression mécanique au centre du tissu qui entraîne la formation du principal centre de signalisation dentaire ou organisateur, le nœud de l'émail. Crédits : Neha Pincha Shroff et Pengfei Xu

Se repérer dans les rues sinueuses de certaines villes peut être un véritable défi sans carte. Pour nous orienter, nous nous appuyons sur diverses informations, notamment des cartes numériques sur nos téléphones, ainsi que des magasins et des points de repère reconnaissables. Les cellules de notre corps sont confrontées à un problème similaire lors de la construction de nos organes au cours de l’embryogenèse. Ils ont besoin d’instructions sur où aller et comment se comporter. Heureusement, comme les tours de téléphonie cellulaire dans une ville, les embryons comportent des cellules spéciales situées à des endroits spécifiques, appelées organisateurs, qui envoient des signaux à d'autres cellules et les aident à s'organiser pour construire nos organes complexes.

Certains de ces signaux sont des molécules envoyées depuis l’organisateur, centre de signalisation privilégié. Les cellules qui l’entourent reçoivent des signaux plus forts ou plus faibles en fonction de leur emplacement et prennent des décisions en conséquence. Les erreurs de localisation de ces centres de messagerie dans les tissus entraînent des malformations embryonnaires qui peuvent être mortelles. Les scientifiques connaissent depuis longtemps l’importance de ces centres de signalisation, mais la manière dont ils apparaissent à des endroits spécifiques reste insaisissable.

Découverte grâce à la collaboration internationale

Il a fallu une collaboration internationale de physiciens et de biologistes pour trouver la réponse. Il y a plusieurs années, les laboratoires du professeur Ophir Klein du Cedars-Sinai Guerin Children's et de l'Université de Californie à San Francisco (UCSF), et du professeur Otger Campàs du Physics of Life Excellence Cluster de la TU Dresden et de l'Université de Californie, Santa Barbara (UCSB) a eu une idée de la manière dont cela pourrait fonctionner et a uni ses forces. Ensemble, ils ont compris que c’est la pression mécanique à l’intérieur du tissu en croissance qui détermine l’endroit où émergera le centre de signalisation.

« Notre travail montre que la pression mécanique et la signalisation moléculaire jouent un rôle dans le développement des organes », a déclaré Ophir Klein, MD, PhD, directeur exécutif de Cedars-Sinai Guerin Children's, où il est également titulaire de la chaire distinguée David et Meredith Kaplan en santé des enfants. , et auteur co-correspondant de l’étude.

Pression mécanique dans les cellules organisatrices

L'étude, publiée dans Biologie cellulaire naturelle, montre qu'à mesure que les cellules se développent dans l'incisive embryonnaire, elles ressentent la pression croissante et utilisent cette information pour s'organiser. « C'est comme ces jouets qui absorbent l'eau et grossissent », a déclaré Neha Pincha Shroff, PhD, chercheuse postdoctorale à l'École de médecine dentaire de l'UCSF et co-premier auteur de l'étude. « Imaginez simplement que cela se produise dans un espace confiné. Ce qui se passe dans le nœud incisif, c’est que les cellules se multiplient en nombre dans un espace fixe, ce qui provoque une accumulation de pression au centre, qui devient alors un amas de cellules spécialisées. Comme les gens dans un bar bondé, les cellules des tissus commencent à ressentir la pression de leurs pairs. Les chercheurs ont découvert que les cellules qui ressentent la pression la plus forte cessent de croître et commencent à envoyer des signaux pour organiser les autres cellules environnantes de la dent. Ils ont été littéralement poussés à devenir les organisateurs des dents.

« Nous avons pu utiliser des techniques de microgouttelettes précédemment développées par notre laboratoire pour comprendre comment l'accumulation de pression mécanique affecte la formation des organes », a déclaré l'auteur co-correspondant de l'étude Otger Campàs, Ph.D., actuellement directeur général, professeur et président de la dynamique tissulaire au pôle d'excellence en physique de la vie de la TU Dresden, et ancien professeur agrégé de génie mécanique à l'UCSB. « Il est vraiment passionnant que la pression tissulaire joue un rôle dans l’établissement de centres de signalisation. Il sera intéressant de voir si ou comment la pression mécanique affecte d’autres processus de développement importants.

Les embryons utilisent plusieurs de ces centres de signalisation pour guider les cellules lors de la formation de tissus et d'organes. Tout comme la construction de gratte-ciel ou de ponts, sculpter nos organes nécessite une planification rigoureuse, beaucoup de coordination et une bonne mécanique structurelle. L’échec de l’un de ces processus peut être catastrophique lorsqu’il s’agit de construire un pont, et il peut également être préjudiciable pour nous lorsque nous grandissons dans l’utérus.

« En comprenant comment un embryon forme des organes, nous pouvons commencer à nous poser des questions sur ce qui ne va pas chez les enfants nés avec des malformations congénitales », a déclaré Ophir Klein. « Ce travail pourrait conduire à des recherches supplémentaires sur la manière dont les malformations congénitales se forment et peuvent être évitées. »

L'étude a été financée par l'Institut national de recherche dentaire et craniofaciale (OK et OC) aux États-Unis, la Deutsche Forschungsgemeinschaft dans le cadre de la stratégie d'excellence allemande et le groupe d'excellence en physique de la vie de la TU Dresden (OC).

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