Des chercheurs de la North Carolina State University ont découvert que la diffusion joue un rôle inattendu dans la différenciation cellulaire au cours des premiers stades de développement des embryons de drosophile, ou mouches des fruits. Au lieu de diffuser un signal moléculaire, il a été constaté que la diffusion, facilité par une molécule porteuse, concentre en fait le signal en un seul endroit. Ce mécanisme de "diffusion facilitée" a déjà été retrouvé dans d'autres systèmes, et la nouvelle découverte indique qu'il peut être plus répandu qu'on ne le pensait auparavant.

Le développement de la drosophile se déroule rapidement, avec seulement 24 heures s'écoulant du moment de la fécondation jusqu'à ce qu'une larve émerge de l'œuf. Pour cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur une fenêtre de développement de deux heures, du début de la deuxième heure à la fin de la troisième heure. Au début de cette étape, l'embryon est constitué d'une seule grande cellule, avec environ 500 noyaux entourant le jaune. A la fin de la troisième heure, l'embryon se compose d'environ 8, 000 cellules nucléées – entourant toujours le jaune.

« Ces 8, 000 cellules commencent à se différencier - certaines deviennent des neurones tandis que d'autres seront des cellules de la peau, etc, " dit Greg Reeves, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à l'État de Caroline du Nord et auteur correspondant d'un article sur le travail. "Ce que nous avons examiné, c'est comment l'embryon en développement envoie des signaux à toutes ces cellules afin qu'elles sachent se différencier."

Au cours des premiers stades de développement, les embryons transmettent des signaux aux cellules le long de deux gradients essentiellement latitudinaux et longitudinaux. La combinaison des deux signaux indique aux cellules en quoi elles vont évoluer. En cause dans cet article sont les signaux de gradient dorsal, qui sont des facteurs de transcription. Les facteurs de transcription sont des protéines qui se lient à l'ADN dans un noyau et régulent l'expression des gènes. Parce que les noyaux à ce stade de développement ne sont pas séparés par des parois cellulaires, ces protéines dorsales peuvent facilement faire la navette d'un endroit à l'autre le long de la périphérie de l'embryon.

Mais ces protéines dorsales sont maintenues inactives par une protéine inhibitrice appelée Cactus, qui se lie à Dorsal - formant un complexe Dorsal-Cactus qui ne peut pas entrer dans un noyau.

Pour faire leur travail, Les protéines dorsales reposent sur les protéines Toll, qui déclenchent une cascade qui dégrade finalement Cactus - libérant les protéines dorsales pour entrer dans un noyau et se lier à l'ADN. Et les protéines Toll, à son tour, ne commencent à faire leur travail que le long de la face ventrale de l'embryon.

Cette description a été l'explication de longue date du fonctionnement de ce processus - mais Reeves et son équipe ont maintenant montré qu'il y avait plus que cela.

Dans ce cas, les chercheurs ont découvert que la diffusion joue un rôle clé – mais pas nécessairement le rôle qu'ils anticipaient.

"D'habitude, le signal commence à un endroit, puis diffuse pour créer le dégradé, " explique Reeves. " Ce qui se passe ici est essentiellement le contraire de cela. "

Spécifiquement, comme Toll dégrade le Cactus, permettant à Dorsal d'entrer dans les noyaux, cela crée un déséquilibre :il y a plus de complexes Dorsal-Cactus d'un côté de l'embryon que de l'autre. Cela conduit d'autres complexes Dorsal-Cactus à migrer vers la face ventrale - par diffusion - dans le but de rétablir l'équilibre.

"L'effet net du processus est que plus de dorsaux sont déposés sur la face ventrale, " dit Reeves. " Le cactus n'est pas seulement un inhibiteur, comme on le pensait auparavant, il sert également de support.

"L'avantage de ce mécanisme de diffusion facilité est qu'il amplifie efficacement le signal des protéines Dorsales, " dit Reeves.

Et dans les embryons avec une pénurie de protéines dorsales, le mécanisme concentre également Dorsal dans la zone où il est le plus important - augmentant la probabilité que l'embryon soit viable.

"Ce mécanisme de diffusion a déjà été trouvé chez les grenouilles et autres systèmes indépendants, " dit Reeves. " Donc, le trouver ici suggère qu'il peut être plus répandu que nous le pensions. Et s'il est répandu dans la nature, cela peut indiquer une efficacité qui pourrait éclairer le développement de techniques qui pourraient être utilisées pour des applications telles que l'administration de médicaments. Ce serait loin, mais ça vaut le coup d'y réfléchir."

Le papier, "Un mécanisme de diffusion facilité établit le gradient dorsal de la drosophile, " est publié dans la revue Développement .