Les expériences et la modélisation mathématique aident à étudier le rôle des morphogènes dans la structuration des tissus

Les morphogènes sont des molécules qui se déplacent d’une cellule biologique à une autre pour former des tissus dans l’embryon. Ces molécules sont importantes non seulement pour l’embryon pendant son développement, mais aussi pour l’adulte lors de la réparation des tissus. Cependant, la façon dont ces morphogènes sont distribués pour assurer la structuration n’est pas encore entièrement comprise.

En utilisant une combinaison d’expériences et de modélisation mathématique, une équipe de recherche de l’Université de Tokyo et ses collaborateurs internationaux en ont appris davantage sur le rôle que jouent les morphogènes dans la structuration des tissus. Les résultats sont pertinents pour les applications médicales, telles que la conception de médicaments. Les conclusions de l’équipe sont publiées dans la revue eVie.

Le morphogène Wnt est devenu un régulateur clé du développement cardiaque chez les vertébrés. Ces protéines Wnt sont des molécules qui jouent un rôle important dans le développement cellulaire. Cependant, les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment Wnt régule le développement cardiaque. Il existe des différences entre les classes de vertébrés, ainsi qu’une redondance chez certaines espèces. Cependant, les scientifiques peuvent étudier comment Wnt régule le développement cardiaque dans le Xenopo, une grenouille aquatique originaire d’Afrique subsaharienne. Les Xenopoavec ses poumons et son cœur à trois chambres, il est rentable et utile aux scientifiques dans leur étude des maladies humaines.

Dans Xenopo développement du cœur, les scientifiques ont déjà établi que le morphogène Wnt6 est délivré par l’épiderme, ces couches externes de cellules qui composent la peau, pour modéliser le mésoderme cardiogénique, qui est le groupe de cellules de l’embryon qui formera le cœur . À partir de ce schéma, un péricarde relativement mince (la membrane qui entoure le cœur) et un large myocarde (le tissu musculaire du cœur) se développent. Les scientifiques travaillent toujours à mieux comprendre comment la distribution du morphogène Wnt6 est régulée pour assurer un positionnement reproductible du péricarde et du myocarde dans le mésoderme cardiogénique. « Il n’est pas encore clair comment une structuration reproductible peut être obtenue avec des molécules diffusantes, en particulier lorsqu’une telle structuration fait référence à la différenciation des tissus minces. » a déclaré Takayoshi Yamamoto, professeur adjoint à l’Université de Tokyo et premier auteur de l’article.

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Les scientifiques savent qu’au début du développement embryonnaire, la gamme de signalisation du morphogène Wnt8 est finement régulée par le sulfate d’héparane et les protéines de liaison Wnt sécrétées, y compris Frzb (qui est également connu sous le nom de sFRP3). L’héparane sulfate est un glucide important pour le développement de l’embryon. La signalisation Wnt est l’un des principaux processus par lesquels les tissus prennent forme au cours du développement embryonnaire. L’équipe de recherche s’est demandée si des mécanismes similaires à ceux opérant dans les embryons précoces régulaient également la distribution du morphogène Wnt6 dans le mésoderme cardiogénique.

Le récepteur Wnt, Frizzled7, est essentiel au développement du cœur. L’expression de Frizzled7 est régulée positivement par la signalisation Wnt dans le système nerveux en développement Xenopo et dans le développement des cellules de carcinome embryonnaire humain, mais il n’y a pas de tels rapports dans le développement du cœur. Par conséquent, l’équipe de recherche a concentré son étude sur l’analyse de la manière dont la signalisation Wnt se produit dans le cœur en développement, en se concentrant sur les composants extracellulaires : le récepteur de surface cellulaire Frizzled7, sFRP1 (un inhibiteur de Wnt6 qui peut également voyager d’une cellule à l’autre) et le sulfate d’héparane.

Avec une combinaison d’expériences et de modélisation mathématique, cette rétroaction du récepteur semble essentielle pour façonner un gradient abrupt de signalisation Wnt. De plus, la simulation informatique a révélé que cette rétroaction confère une robustesse aux variations de la production de ligands Wnt et permet au système d’atteindre rapidement un état stable.

Takayoshi Yamamoto, professeur adjoint, Université de Tokyo

Les molécules Wnt6 et sFRP1 régulent non seulement le développement normal du cœur dans l’embryon, mais régulent également la réparation et la régénération après une lésion du muscle cardiaque, comme dans le cas d’un infarctus du myocarde ou d’une crise cardiaque.

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« Nos découvertes seront pertinentes pour les applications médicales, par exemple pour la conception de médicaments, car les molécules de surface cellulaire telles que Frizzled ou une modification spécifique de l’héparane sulfate ou même la molécule sécrétée sFRP1, fournissent généralement de meilleures cibles médicamenteuses que les molécules à l’intérieur des cellules pour révéler le régulation des morphogènes et pour envisager des applications médicales, les mécanismes de régulation de ces composants doivent être étudiés plus avant », a déclaré Yamamoto.

La recherche a été menée en collaboration avec des chercheurs de l’Université d’Aberdeen au Royaume-Unix

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