Dans une découverte surprenante avec des implications importantes pour la biologie du développement et la médecine régénérative, les biologistes du RIKEN ont appris comment les forces mécaniques guident la formation des yeux chez les embryons de poulet. Leurs recherches sont publiées dans Science Advances .

Le développement embryonnaire sain est guidé par l'interaction complexe de diverses « instructions » génétiques, chimiques et physiques. Chez les embryons de vertébrés, le système visuel provient d'une structure appelée vésicule optique. Cela se forme à une extrémité du tube neural, qui est l'ancêtre de l'ensemble du système nerveux.

Au cours du développement normal, la vésicule optique s'étend latéralement dans les deux sens et deux yeux se forment finalement aux extrémités de ces projections. Lorsque ce processus tourne mal, les vésicules optiques gauche et droite ne s'allongent pas. Au lieu de cela, leurs pointes fusionnent au centre du visage, formant un seul œil.

Cinq chercheurs, tous du RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, ont entrepris de découvrir comment les dysfonctionnements d'un gène appelé sonic hedgehog (SHH) contribuent à cette anomalie congénitale "cyclopie".

Le chef d'équipe Yoshihiro Morishita note que des centaines d'articles ont décrit le rôle de SHH dans la régulation de la prolifération et de la différenciation cellulaire au cours du développement d'un large éventail d'organes, y compris les yeux. Mais on ne sait pas exactement comment SHH aide à orchestrer la déformation dynamique des tissus pour former des morphologies spécifiques aux organes.

Pour étudier cela, l'équipe a comparé le modèle de mouvement cellulaire collectif et sa contribution à la dynamique des tissus au cours du développement de l'œil chez des embryons de poulet sains avec celui d'embryons traités avec un inhibiteur SHH.

À leur grande surprise, ils ont appris que la signalisation SHH régule la détection et la réponse à la force physique, guidant la direction du réarrangement cellulaire et du mouvement dans l'environnement de stress donné dans le tissu du cerveau antérieur.

"La direction de la contrainte diffère en fonction de l'emplacement dans le tissu, ce qui modifie à son tour la direction et le degré d'allongement et de rétrécissement, ce qui entraîne la création de la forme souhaitée", explique Morishita.

Lorsque cette capacité de détection et de réponse est perturbée par l'inhibiteur SHH, les cellules des vésicules optiques ne savent plus où aller et ne parviennent pas à subir la ramification latérale nécessaire pour produire une paire d'yeux fonctionnels.

Cette découverte est passionnante pour plusieurs raisons. Given the prominent role SHH plays in development of many organs, mechanical sensing and response may be a far more important driver of tissue organization and formation than previously recognized. By extension, "randomized cellular behaviors due to loss of mechanosensation might be a common cause of different congenital malformations," Morishita notes.

A deeper understanding of this mechanism could also benefit researchers trying to recapitulate organ formation in the lab as a tool for disease research or the development of transplantable tissues. + Explorer plus loin

Team uncovers the underlying mechanisms of 3-D tissue formation