Un mécanisme cellulaire à deux étages pour replier et allonger simultanément

Pendant le développement de l’embryon, les tissus sont remodelés pour donner forme à la vie. Les processus fondamentaux responsables du remodelage d’un tissu embryonnaire sont au nombre de 7. Un tissu peut (i) s’agrandir, (ii) se rétrécir, (iii) se tordre, (iv) s’épaissir, (v) s’affiner, (vi) se replier et (vii) s’allonger. La connaissance des mécanismes cellulaires fondamentaux responsables de ces processus est centrale pour pouvoir comprendre la cause des maladies fœtales (e.g., la spina bifida) et éventuellement développer des thérapies adaptées.

Des mécanismes cellulaires ad hoc ont pu être identifiés pour chaque changement de forme. Par exemple, les cellules d’un tissu peuvent réduire leur surface apicale (mécanisme appelé constriction apicale) de façon coordonnée pour initier le repliement tissulaire. Pendant l’allongement d’un tissu, les cellules peuvent se réorganiser en changeant de position les unes par rapport aux autres de façon stéréotypée (mécanisme appelé intercalation cellulaire). Pendant le développement de l’embryon, un tissu peut subir de multiples changements de forme, de façon non seulement séquentielle mais aussi simultanée. Ainsi, pendant la gastrulation des vertébrés, le tissu embryonnaire s’allonge le long de l’axe antéro-postérieur (pour séparer la région qui formera la tête de celle qui formera l’anus) et, en même temps, se replie pour former le tube neural.

Comment un tissu peut-il changer de plusieurs formes simultanément ? Plus précisément, quels sont les mécanismes permettant d’induire des changements de forme composés ? Grace à cette étude pionnière, les chercheurs ont pu mettre en lumière un nouveau mécanisme responsable du repliement et de l’élongation simultanée d’un tissu. En utilisant comme modèle l’embryon de drosophile (la mouche du vinaigre), les scientifiques ont pu démontrer que le tissu ventral de l’embryon de drosophile (le futur mésoderme) se replie et s’allonge simultanément. Généralement, les cellules épithéliales forment des points d’ancrage entre elles (aussi nommés jonctions d’adhérence) qui permettent de former un tissu et de transmettre des forces mécaniques générés par le cytosquelette d’actomyosine et responsables du remodelage tissulaire. Dans cette étude, les chercheurs montrent que les cellules épithéliales peuvent former des systèmes de jonctions d’adhérence localisées sur deux positions différentes le long de l’axe apico-basal de la cellule (nommées ici « jonctions à deux étages »). Tandis que les jonctions du premier étage (le plus proche de la zone apicale) induisent la constriction apicale et éventuellement le repliement du tissu ventral, les jonctions du deuxième étage, simultanément, initient l’intercalation cellulaire et l’allongement tissulaire. Ce système de jonctions à deux étages résulte de l’action synergétique entre les motifs d’expression génétique antéro-postérieur et dorso-ventral. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie de recherche pour mieux comprendre la morphogenèse composée et la synergie entre les motifs d’expression génétique connus pour établir les axes fondamentaux le long desquels le corps de l’animal se développe.
 

Pour en savoir plus :
A two-tier junctional mechanism drives simultaneous tissue folding and extension
John A, Rauzi M
Dev Cell 22 avril 2021 doi: 10.1016/j.devcel.2021.04.003.