Étant donné que les organes se développent de manière remarquablement similaire chez les mouches des fruits et chez les humains, les connaissances biologiques de ce modèle peuvent être utilisées pour éclairer le diagnostic et le traitement de maladies humaines telles que le cancer, la maladie d'Alzheimer et les anomalies congénitales génétiques.

Jeremiah Zartman, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de Notre Dame, a travaillé avec une équipe de recherche multidisciplinaire comprenant des collaborateurs de l'Université de Californie à Riverside pour développer un modèle de mouche des fruits afin d'effectuer une ingénierie inverse des mécanismes qui génèrent les tissus organiques. /P>

Les résultats de l'équipe, qui offrent une compréhension plus approfondie des leviers chimiques et mécaniques régulant la taille et la forme des cellules des organes, ont été publiés dans Nature Communications. .

"Nous essayons de simuler un orgue dans l'ordinateur, créant ainsi un jumeau numérique de cet orgue", a déclaré Zartman. "Nous prenons les différentes cellules et parties de cellules pour voir si nous pouvons prédire comment elles interagiront les unes avec les autres."

Les organes se développent en réponse à ce que Zartman appelle une « symphonie » de signaux. Le modèle de mouche des fruits des chercheurs intègre les nombreux signaux qui orchestrent le mouvement, la contraction, l'adhésion et la prolifération cellulaire. Il intègre également les propriétés mécaniques, chimiques et structurelles des composants cellulaires et tient compte de la façon dont ces propriétés évoluent au fil du temps et à différents endroits.

Le modèle et les résultats expérimentaux de son laboratoire ont montré qu'il existait deux classes distinctes de voies de signalisation chimique, ou séquences de signaux, qui produisent des tissus courbés ou plats, identifiant la flexibilité et l'accordabilité nécessaires pour générer un organe d'une forme spécifiée.

Les cellules recevant des signaux de l'insuline ont entraîné une augmentation de la courbure du tissu, tandis que les cellules recevant des signaux de deux autres régulateurs de croissance clés ont aplati les tissus. Les chercheurs ont découvert que ces régulateurs de croissance manipulaient également la structure interne de la cellule, ou cytosquelette, pour sculpter davantage la taille et la forme des cellules.

L'objectif global du groupe Zartman est d'identifier dans quelle mesure les règles biologiques glanées à partir d'études simulées sur les organes de mouches sont partagées avec des systèmes aussi distincts que les plantes, les poissons et les humains.

"Notre objectif pour l'avenir est de développer un prototype d'organe numérique qui répond à une question fondamentale en biologie :comment les cellules génèrent-elles des organes fonctionnels ?" » dit Zartman.