Une équipe de recherche de l’Université Rice dirigée par Aryeh Warmflash a fait des progrès dans la compréhension des processus qui guident le développement embryonnaire humain. Les résultats du groupe ont été publiés dans la revue Cells Systems. 15 mai.
Le développement embryonnaire, le voyage d’un seul œuf fécondé à un organisme complexe, est orchestré par des interactions complexes entre signaux biochimiques. Mais les mécanismes derrière la manière dont les cellules interprètent ces signaux pour prendre des décisions cruciales en matière de développement restent insaisissables.
« Notre article aborde une question fondamentale :comment ces décisions sont-elles contrôlées simultanément par plusieurs voies ? » a déclaré Warmflash, professeur agrégé de biosciences et de bio-ingénierie.
L'équipe comprend Elena Camacho-Aguilar, associée de recherche postdoctorale et actuelle chef de groupe au Centre andalou de biologie du développement; Sumin Yoon, diplômée en anthropologie culturelle/médicale ; les doctorants Miguel A. Ortiz-Salazar et Siqi Du; et la technicienne de laboratoire M. Cecilia Guerra. Ensemble, ils ont concentré leur étude sur la gastrulation humaine, une étape cruciale où les cellules se différencient en trois couches germinales de l'embryon :l'ectoderme, le mésoderme et l'endoderme.
Alors que des recherches antérieures ont identifié l'implication de plusieurs signaux tels que la protéine morphogénétique osseuse (BMP) et le site d'intégration lié aux ailes (WNT) pendant la gastrulation, les mécanismes précis sous-tendant la façon dont les cellules les interprètent pour se développer en différents types de cellules restent flous.
Pour trouver une réponse, les chercheurs se sont tournés vers les cellules souches pluripotentes humaines (hPSC), qui imitent l'état des cellules juste avant la gastrulation. Ils ont émis l'hypothèse que la durée et la concentration des signaux BMP pourraient dicter le destin des cellules et ont conçu des expériences exposant les hPSC à divers systèmes de signaux BMP.
Contrairement aux hypothèses précédentes, l’étude a révélé que la durée d’exposition au signal BMP, plutôt que sa force, joue un rôle crucial dans la détermination du devenir cellulaire. Des expositions de type pulsé à des concentrations élevées de BMP ont provoqué des changements significatifs, en particulier vers le mésoderme, tandis que des signaux continus de faible niveau ont donné des résultats moins prononcés.
La modélisation mathématique de ces processus a permis aux chercheurs de prédire le devenir de toute combinaison de signaux BMP et WNT. L’équipe a construit une « carte du destin » complète qui prédit ces résultats. En tirant parti de cette carte, les chercheurs ont conçu un nouveau protocole optimisant la formation du mésoderme pertinent pour d'autres domaines tels que la médecine régénérative.
"Nos résultats soulignent l'importance de comprendre la dynamique de la signalisation pour guider les décisions concernant le sort des cellules", a déclaré Camacho-Aguilar. "En déchiffrant ces mécanismes, nous pouvons concevoir des protocoles de différenciation efficaces qui pourraient être pertinents pour des applications thérapeutiques."
Plus d'informations : Elena Camacho-Aguilar et al, L'interprétation combinatoire du BMP et du WNT contrôle la décision entre la séquence primitive et le destin extraembryonnaire, Systèmes cellulaires (2024). DOI :10.1016/j.cels.2024.04.001
Informations sur le journal : Systèmes cellulaires
Fourni par l'Université Rice
