Nature: révèle des horloges de section qui régulent le développement de la colonne vertébrale humaine

Il y a plus de 20 ans, le laboratoire du biologiste du développement Olivier Pourquié a découvert une horloge cellulaire dans des embryons de poulet, où chaque "tic" de l'horloge cellulaire favorise une soi-disant somite) La structure est formée et le somite résultant se transforme en vertèbre.

Dans les années suivantes, Pourquié et d'autres ont utilisé des cellules de souris pour construire les premiers modèles de cette horloge dite de segmentation dans des plats de laboratoire et ont mené d'autres expériences pour clarifier davantage ces mécanismes d'horloges segmentées dans de nombreux organismes.

Bien que ces efforts de recherche aient amélioré la compréhension du développement normal et anormal de la colonne vertébrale, personne n'a jusqu'à présent été en mesure de confirmer l'existence d'une telle horloge segmentée chez l'homme.

Dans une nouvelle étude, Pourquié et son équipe de recherche rapportent qu'après des décennies de dur labeur, ils ont utilisé des cellules souches dérivées de tissus adultes dans des boîtes de culture de laboratoire pour construire le premier lot de ces modèles d'horloges. Cette réalisation n'est pas seulement la première preuve qu'une horloge segmentée tourne dans le corps humain, mais elle a également fourni aux scientifiques les premiers modèles in vitro pour étudier le développement précoce de la colonne vertébrale humaine. Les résultats de recherche pertinents ont été publiés en ligne dans la revue Nature le 8 janvier 2020. Le titre de l'article était "Caractérisation in vitro de l'horloge de segmentation humaine".

Pourquié a déclaré: "Nous ne savons presque rien sur le développement du sarcomère du corps humain, qui se forme entre la troisième semaine et la quatrième semaine après la fécondation. À l'heure actuelle, la plupart des femmes ne savent pas qu'elles sont enceintes. Notre modèle devrait be Un système puissant pour étudier les règles de base des horloges de section. "

"Notre modèle expérimental innovant nous permet désormais de comparer le développement des souris et des humains côte à côte. Je suis ravi de révéler l'unicité du développement humain", a déclaré Margarete Diaz-Cuadros, co-première auteure de l'article et étudiante diplômée en Laboratoire de Pourquié.

Ces modèles de cellules souches ouvrent la porte à la compréhension des conditions de développement de la colonne vertébrale, telles que la scoliose congénitale et les maladies associées aux tissus provenant du mésoderme paraxial. Ces tissus comprennent le muscle squelettique et la graisse brune dans tout le corps, ainsi que les os, la peau et les parois internes des vaisseaux sanguins du tronc et du dos.

Pourquié espère que les scientifiques pourront utiliser ces nouveaux modèles de cellules souches pour générer des cellules tissulaires différenciées pour la recherche et la pratique clinique, telles que les cellules musculaires squelettiques pour la dystrophie musculaire et les adipocytes bruns pour le diabète de type 2.

Bien que les scientifiques aient reprogrammé les cellules adultes en cellules souches pluripotentes induites (cellules iPS) puis les ont incitées à produire plusieurs tissus le long de voies de développement spécifiques, le tissu musculo-squelettique s'est révélé difficile à manipuler. Cependant, Pourquié et ses collègues ont finalement découvert que lorsque les cellules iPS obtenues étaient immergées dans un milieu de croissance standard, l'ajout de seulement deux composés pouvait favoriser leur formation de tissu musculo-squelettique.

"Nous pouvons produire des tissus qui proviennent du mésoderme paraxial avec une efficacité d'environ 90%. C'est un très bon début", a déclaré Pourquié.

L'équipe Pourquié a également utilisé des cellules souches embryonnaires pour construire un modèle similaire.

L'équipe Pourquié a été surprise de constater que dans les boîtes de culture de souris et de cellules humaines, cette horloge de section commençait à tourner et que ces cellules n'avaient pas besoin d'être placées sur un échafaudage tridimensionnel plus proche du corps humain.

"C'est incroyable que cela fonctionne dans un modèle à deux dimensions. C'est un modèle idéal", a déclaré Pourqui.

L'équipe Pourquié a constaté que cette horloge segmentée tique toutes les 5 heures dans les cellules humaines et toutes les 2,5 heures dans les cellules de souris. Ils ont dit que cette différence de fréquence est cohérente avec la différence de temps de grossesse chez la souris et chez l'homme.

L'un des prochains projets de Pourquie est d'étudier ce qui contrôle le taux variable de cette horloge segmentée, et ce qui est plus ambitieux, c'est ce qui régule le temps de développement embryonnaire chez différentes espèces. "Il y a de nombreuses questions très intéressantes qui doivent être abordées", a-t-il déclaré.