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Au cours du développement embryonnaire, générer la forme corporelle 3D correcte, un processus appelé morphogenèse, nécessite un remodelage tissulaire important. Des feuilles de cellules se plient et modifient leur géométrie, subissant des modifications équivalentes à la complexité du pliage du papier de l'origami. Dans un embryon précoce, les cellules qui vont former le tissu musculaire (appelé mésoderme) et le tissu intestinal (l'endoderme) se déplacent vers l'intérieur et les cellules de la couche externe forment la peau. Bailles et al. signaler un aspect jusqu'alors inconnu de l'internalisation des cellules, révélé par des études sur la mouche des fruits Drosophila melanogaster.
Enquêtes sur l'internalisation du mésoderme dans D. melanogaster ont établi des liens moléculaires entre l'identité cellulaire et les modifications physiques subies par les cellules au cours du développement. La protéine Twist régule l'expression des gènes pour conférer l'identité des cellules musculaires, et les cellules qui expriment Twist resserrent leurs surfaces extérieures (apicales) tout en maintenant le contact avec les cellules voisines.. Le flambage des tissus résultant de cette constriction apicale entraîne l'internalisation des cellules. L’internalisation est donc câblée dans le mésoderme, mais elle génère également des forces qui affectent les tissus non mésodermiques voisins.. Comment l’internalisation du mésoderme se compare-t-elle avec d’autres exemples d’internalisation de cellules au cours du développement, en particulier lorsque de nombreux événements de morphogenèse se produisent simultanément? Bailles et ses collègues ont étudié l'internalisation de l'endoderme pour étudier cette question.
Les cellules endodermiques intériorisées lorsque le tissu entier de l'endoderme – un patch circulaire d'environ 15 rangées de cellules – migrent vers la région de la tête de l'embryon précoce. En utilisant une approche de microscopie par imagerie de cellules vivantes et des méthodes expérimentales reposant sur une modélisation mathématique, les auteurs révèlent qu'il existe deux régions distinctes de l'endoderme qui diffèrent par leur mécanisme d'internalisation.
La partie de l'endoderme que les auteurs appellent la région du primordium est la première à être intériorisée. Comme l'internalisation du mésoderme, cela se produit par le biais d’un processus directement régulé par l’expression génique. L'expression et l'activité de la protéine Fog entraînent une augmentation des protéines non musculaires Myosine II (MyoII) et Rhol dans la région apicale des cellules, ce qui conduit à une constriction apicale par remodelage du cytosquelette des cellules (échafaudage interne ressemblant à un filament). dans le cytoplasme). Bailles et ses collègues ont observé que cette activité de brouillard locale entraînait la contraction et l'internalisation simultanées de toutes les cellules de la région du primordium (Fig. 1).
Dans l'autre partie de l'endoderme, que les auteurs appellent la région de propagation, l'internalisation a eu lieu progressivement, une rangée de cellules à la fois. Bailles et ses collègues ont fait la découverte surprenante que si la transcription était supprimée ou la source locale de la protéine Fog perdue, l'internalisation de la région de propagation se produisait encore si la région du primordium avait déjà commencé à se contracter. La modélisation du taux d’internalisation de la région de propagation par rapport à la vitesse maximale estimée de diffusion du brouillard a permis aux auteurs d’exclure la diffusion du brouillard comme explication de la manière dont ce processus d’internalisation est contrôlé.
Bailles et ses collègues ont ensuite examiné si des influences mécaniques pourraient avoir un rôle. Pour cela, ils ont physiquement entravé le mouvement des tissus, utilisé des approches génétiques pour modifier la géométrie de l'embryon ou un médicament inhibant MyoII. Leurs expériences ont révélé que l’internalisation de la région de propagation se fait par un système mécanique à rétroaction positive. Des déformations cellulaires initiales légères dues à un stress physique extrinsèque, transmises à une cellule par un voisin en cours d'internalisation, ont déclenché une accumulation de MyoII dans la région apicale de la cellule non intériorisée. Cette accumulation a entraîné des modifications de la forme des cellules qui ont conduit à une nouvelle augmentation du stress physique et à une nouvelle accumulation de MyoII jusqu'à ce que la contraction cellulaire atteigne un niveau qui provoque l'internalisation de la cellule. Le couplage mécanique entre les cellules voisines, par l'intermédiaire de complexes protéiques appelés jonctions adhérentes qui relient les cellules, garantit la transmission des forces à travers le tissu, entraînant l'internalisation progressive de la région de propagation.
La régulation mécanique du développement a été décrite dans d'autres systèmes expérimentaux. Cependant, il est souvent difficile de prouver de manière convaincante si les forces mécaniques agissant sur les cellules sont la cause ou la conséquence d'un processus de développement. Bien qu'il soit difficile d'évaluer les intrants mécaniques in vivo, Le travail de Bailles et ses collègues dans le contexte d’un embryon complet renforce le corpus croissant de preuves de la force mécanique en tant que régulateur direct du développement, même s’il soulève de nouvelles questions pour la recherche.
Les cellules des deux régions endodermiques ont acquis les caractéristiques moléculaires de l'identité endodermique avant que l'internalisation ne se produise. Malgré cette similitude, pourquoi ces régions utilisent-elles des mécanismes d'internalisation distincts? C'est peut-être parce que, si tout l'endoderme se contractait simultanément, la géométrie de l'embryon serait altérée. Une autre possibilité est que les différences de sensibilité mécanique entre ces régions fournissent un tampon pour faire face aux forces extrinsèques qui résultent d'autres événements de développement simultanés.
Ironiquement, peut-être ironiquement, l'identification de la régulation mécanique comme jouant un rôle crucial dans l'internalisation de la région de propagation fournit une raison supplémentaire d'examiner le rôle de l'expression génique locale. Quelle est la différence génétique entre le primordium et les régions de propagation? Par exemple, si les niveaux de brouillard étaient inférieurs à la normale, cela démasquerait-il la capacité des cellules de la région du primordium à s'internaliser par le mécanisme associé à la région de propagation?
Il est utile d'examiner comment l'œuf dans lequel se trouve un embryon définit également le contexte physique de la morphogenèse. En effet, il a été récemment démontré que la coquille d’oeuf avait un rôle majeur dans un événement d’internalisation tissulaire au cours du développement du dendroctone. Tribolium castaneum. S'appuyant sur ces travaux, Bailles et ses collègues ont cherché à savoir si, chez les mouches des fruits, la coquille de l'œuf (une couche appelée membrane vitelline) affectait l'internalisation de la région de propagation. Ils ont observé que les interactions entre l'embryon et la membrane vitelline fournissaient une source de force mécanique. Une cellule sur le point d'intérioriser s'est d'abord étendue vers le haut jusqu'à la coquille de l'œuf, puis s'est abaissée de manière abrupte vers l'intérieur, et, tout comme une vague ondulant dans une foule de stades sportifs, ce schéma de mouvements a été répété, une rangée de cellules à la fois, par les cellules voisines de la région de propagation (Fig. 1). Au cours du mouvement ascendant, chaque cellule a adhéré de manière transitoire à la coquille de l'œuf au moyen d'une protéine appelée intégrine, qui a été exprimée par la cellule endodermique. Cette interaction a provoqué l’étalement de la surface apicale de la cellule endodermique, ce qui semblait offrir une petite résistance à l’internalisation, générant éventuellement une force générant une rétroaction positive supplémentaire pour augmenter les niveaux de MyoII et donc l’efficacité de la contraction et de l’internalisation cellulaires.
L'adhésion dynamique joue un rôle crucial dans divers exemples de morphogenèse,, et le mécanisme spécifique de l'adhésion à la coquille de l'œuf à médiation par l'intégrine est maintenant montré, à partir des travaux de Bailles et al. et d'autres, être pertinent dans de multiples contextes de développement. Dans T. castaneum, c’est le mésoderme qui exprime les intégrines, et celles-ci ne servent pas à augmenter le stress mécanique mais plutôt à limiter le déplacement des tissus, lorsque tout l’embryon subit une internalisation progressive par rapport à ses tissus protecteurs externes non embryonnaires..
À mesure que les recherches futures amélioreront notre compréhension de la morphogenèse aux niveaux moléculaire et cellulaire, cela devrait aider à révéler la fréquence des interactions entre la régulation mécanique et la régulation génétique. Ces connaissances fourniront une image plus complète des facteurs qui régissent la forme embryonnaire dans différents tissus et espèces.
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