Bien que le corps humain soit extérieurement symétrique le long de l’axe gauche-droite, il existe des asymétries gauche-droite frappantes dans la forme et la position de la plupart des organes internes, y compris le cœur, les poumons, le foie, l’estomac et le cerveau.
L’asymétrie gauche-droite est connue pour être établie au début de l’embryogenèse par un petit groupe de cellules appelé l’organisateur gauche-droite. Au sein de cet organisateur, des cils mobiles, des structures ressemblant à des cheveux à la surface des cellules, battent rapidement pour créer un flux de liquide extracellulaire dans la direction gauche, qui est le premier signe extérieur d’une différence gauche-droite.
Ce flux initial s’est avéré essentiel pour distinguer la droite de la gauche; cependant, la façon dont ce flux est détecté et entraîne une asymétrie gauche-droite est inconnue.
Une nouvelle étude menée par des chercheurs du MGH révèle maintenant que les cils de l’organisateur fonctionnent comme des créateurs de flux ; ils agissent également comme des capteurs pour les forces biomécaniques exercées par le flux pour façonner le plan corporel gauche-droite de l’embryon en développement.
Les résultats ont été publiés dans la revue La science.
Près de 25 ans de travail par de nombreux groupes ont montré que les cils et le flux dans l’organisateur sont absolument essentiels pour établir une asymétrie gauche-droite dans le corps. Mais nous n’avons pas eu les bons outils ou techniques pour étudier définitivement comment tout cela fonctionne. »
Shiaulou Yuan, PhD, chercheur au Massachusetts General Hospital Center for Cardiovascular Research et professeur adjoint de médecine à la Harvard Medical School, et auteur principal de l’étude
Pour surmonter ce défi, les chercheurs ont utilisé le poisson zèbre comme modèle de développement gauche-droite et ont utilisé un nouvel ensemble d’outils optiques composé d’une microscopie personnalisée et d’une analyse d’apprentissage automatique.
Su enfoque fue único, ya que desarrollaron e implementaron pinzas ópticas, una herramienta biofísica que utiliza la luz para sostener y mover objetos microscópicos similares a un rayo tractor, que permitieron la entrega precisa de fuerza mecánica en los cilios de un animal vivo intacto por primera fois. heure.
À l’aide de ces outils, les chercheurs ont découvert que les cils sont des mécanocapteurs de surface cellulaire importants pour l’asymétrie gauche-droite du corps en développement et d’organes tels que le cœur.
En utilisant des pincettes optiques pour appliquer une force mécanique aux cils dans l’organisateur gauche-droite du poisson zèbre, ils ont démontré qu’un sous-ensemble de cils organisateurs détectent et traduisent les forces d’écoulement en signaux de calcium qui contrôlent le développement gauche-droite chez le poisson zèbre.
Les défauts d’asymétrie gauche-droite sont associés à de nombreux troubles humains, notamment le syndrome d’hétérotaxie, la dyskinésie ciliaire primaire et les cardiopathies congénitales.
« Les connaissances acquises grâce à cette étude améliorent non seulement notre compréhension des processus cellulaires fondamentaux qui régissent le développement du corps humain, mais peuvent également ouvrir de nouvelles voies pour le développement de nouveaux diagnostics de ces troubles », déclare Yuan. « De plus, ce travail pourrait ouvrir la voie à des thérapies ciblées sur la signalisation et la mécanosensibilité des cils pour améliorer les résultats. »
Yuan et ses collègues continuent d’étudier les mécanismes moléculaires qui régissent la détection de force des cils. Ils continuent également à développer de nouvelles stratégies pour visualiser et manipuler la signalisation des cils, dans le but à long terme de développer de nouveaux outils pour le traitement des troubles associés aux cils.
« Ces résultats, et les outils qui l’ont rendu possible, ont ouvert une nouvelle fenêtre sur le modèle de développement de l’embryon et ont également ouvert une boîte de Pandore », déclare Scott E. Fraser, professeur principal de biologie et de bioingénierie à l’Université du Sud. -auteur de cette étude. « Cela nous rappelle que nous avons beaucoup plus à apprendre sur la façon dont la signalisation et la mécanobiologie des cils affectent le développement et la maladie. »
Parmi les autres auteurs du MGH et de la Harvard Medical School figurent Lydia Djenoune, Mohammed Mahamdeh et Christopher Nguyen. D’autres auteurs incluent Thai V. Truong de l’Université de Californie du Sud, et Martina Brueckner et Jonathon Howard de l’Université de Yale.
Cette recherche a été soutenue par le National Heart, Lung, and Blood Institute, l’Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, l’American Heart Association, la Charles Hood Foundation, la National Science Foundation, la Gordon Foundation et Betty Moore, le centre d’imagerie translationnelle de l’USC, et d’autres.
Hôpital général du Massachusetts
Djénoune, L. et coll. (2023) Les cils fonctionnent comme des mécanocapteurs médiés par le calcium instruisant l’asymétrie gauche-droite. La science. doi.org/10.1126/science.abq7317.