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Comment les embryons se développent

Une sphère dans laquelle se trouvent des cellules.

Modèle expérimental d’embryon artificiel. Une centaine de cellules (rose et vert) encapsulées dans une sphère creuse (turquoise). Elles forment un épithélium en prolifération qui s’invagine spontanément.

Photo : UNIGE/Aurélien Roux

Radio-Canada

Les tissus cellulaires des embryons se déforment par flexion sous l’action d’une compression (flambage), montrent des biologistes suisses, qui confirment ainsi une hypothèse proposée il y a plus d’un siècle, mais qui n’avait jamais été démontrée auparavant. Explications.


Au départ, l’embryon d’un animal ressemble à une microscopique sphère creuse. Puis, aux différents stades de son développement, des invaginations donnent naissance aux structures comme le cerveau et le tube digestif.

Les invaginations sont des repliements d’un tissu sur lui-même.

La façon dont ces invaginations se déclenchent pour créer les différentes structures de l’organisme restait encore à confirmer. Les biologistes s’entendaient sur le fait que le mécanisme qui déclenche ces invaginations est le flambage, une déformation latérale d’un matériau soumis à une compression.

Cette explication fait consensus depuis longtemps dans la communauté scientifique, mais elle demeurait complexe à prouver en raison de la difficulté de mesurer les forces minuscules en présence.

Le Pr Aurélien Roux et ses collègues du Département de biochimie de la Faculté des sciences de l’Université de Genève viennent de relever le défi.

La question à la base de notre travail est de savoir comment on donne une forme à un tissu cellulaire.

Aurélien Roux

Pour y répondre, des experts de l’expérimentation biologique, de la physique théorique analytique et de la simulation informatique ont participé à ces travaux, dont les conclusions sont publiées dans la revue Developmental Cell (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Déjà, l’observation du développement des embryons avait permis de décrire plusieurs mécanismes qui sont à l’œuvre, expliquent les chercheurs dans un communiqué publié par l’Université.

L’un d’eux est la constriction apicale, c’est-à-dire une incurvation locale de la surface de l’embryon sous l’effet d’une déformation coordonnée des cellules elles-mêmes (leur sommet se resserre et leur base se détend).

Toutefois, ce mécanisme ne peut être le seul responsable de l’apparition des invaginations dans l’un des stades précoces du développement de l’embryon appelé blastocyste.

La théorie du flambage

Des biologistes ont donc proposé que le flambage est le mécanisme physique permettant de générer ces plis profonds.

Le phénomène est le même que lorsqu’on met une feuille de papier à plat et qu’on rapproche les deux bords opposés : le milieu de la feuille se soulève, expliquent les chercheurs.

Dans le cas des embryons, la force latérale vient des cellules qui, en proliférant, exercent une pression croissante sur la surface, une surface qui est par ailleurs confinée dans une enveloppe vitelline, certes élastique, mais qui empêche toute expansion spatiale.

Auteurs des travaux

Si la théorie du flambage a rapidement fait consensus, la capacité de mesurer les forces en présence à la surface des embryons pour vérifier cette hypothèse représentait un véritable casse-tête pour les chercheurs.

C’est grâce à l’intervention des trois domaines de recherche que les chercheurs ont réussi à assembler les pièces.

Nous avons pu démontrer […] que le flambage est un mécanisme possible pour expliquer la formation d’invagination dans les embryons.

Aurélien Roux

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