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Biophysique

Des gènes sous contrôle mécanique

L'expression de certains gènes du développement serait-elle déclenchée par des changements de forme de l'embryon ? C'est ce que semblent démontrer les expériences de biophysiciens du laboratoire « Physico-chimie Curie » (P.C.C.) 1. Explications.

Le développement de l'embryon est coordonné par une cascade d'expressions de gènes dits de « patterning » 2. Certains d'entre eux contrôlent étroitement le développement de la morphologie physique de l'embryon. Mais existe-t-il un « contrôle qualité » qui certifie au génome qu'une forme nouvelle prise par l'embryon est correctement réalisée ? Le génome est-il capable de détecter que la forme qu'il est en charge de développer est atteinte pour pouvoir déclencher l'expression des gènes suivants de la cascade ? Ce sont les questions que se sont posées les biophysiciens de l'équipe « Mécanique et génétique du développement embryonnaire », dirigée par Emmanuel Farge (Inserm / Université Paris-VII). Et ils ont obtenu récemment d'étonnants résultats 3. « Un tel contrôle peut exister si l'expression de certains gènes du développement est mécaniquement sensible à la forme de l'embryon », explique le chercheur. Encore fallait-il le prouver. Alors les scientifiques ont entrepris de déformer artificiellement des embryons de drosophile en les compressant entre lame et lamelle micro-manipulée. En réponse, ils ont constaté que le gène twist 4, qui ne s'exprime normalement que sur la partie ventrale, s'exprimait également tout autour de l'embryon et sur sa partie dorsale. Il était donc possible de reprogrammer le développement d'un embryon – autrement dit, de modifier l'expression de ses gènes de patterning – en le déformant mécaniquement.

Mais cette propriété s'exerce-t-elle naturellement au cours de l'embryogenèse ? Pour le savoir, les biophysiciens ont étudié les cellules d'une région particulière du pôle antérieur, destinée à former le tube gastrique. Ces cellules sont fortement comprimées par un mouvement d'extension des tissus ventraux lors de la gastrulation 5. Ils ont constaté que juste avant cette déformation, twist y est très faiblement exprimé alors que, une dizaine de minutes après, il l'est très fortement. Coïncidence ? Non, car chez un individu mutant qui ne développe pas ce mouvement d'extension, twist reste faiblement exprimé. Et si cette déformation est rétablie à l'aide d'une pointe micromanipulée, twist est de nouveau fortement exprimé.

Ainsi, les chercheurs ont pu montrer que la forte expression de twist était induite par une déformation des tissus. Pour affiner leurs recherches et notamment vérifier leur approche sur des drosophiles sauvages et non plus mutantes, l'équipe d'Emmanuel Farge, en collaboration avec celle d'Emmanuel Beaurepaire, du laboratoire d'optique et biosciences (L.O.B.) 6 de l'École polytechnique, a mis au point une technique de chirurgie par impulsions laser ultrabrèves qui permet de détruire un tissu, cellule par cellule, sans endommager le tissu voisin. Après avoir détruit sélectivement les cellules permettant la compression du pôle antérieur de l'embryon, ils ont constaté que le gène twist n'y était plus exprimé que très faiblement.

« L'ensemble de ces observations montre que certains gènes du développement sont sensibles à une déformation artificielle et indique que cette propriété semble être utilisée au cours de la gastrulation », conclut le biophysicien. En outre, puisque twist est nécessaire à la formation du futur tube digestif, ces résultats, s'ils sont confirmés par les nouvelles approches développées au sein de l'équipe, signifieraient que le programme génétique conduisant à la formation du tube digestif de l'embryon serait en partie déclenché par un signal mécanique.

D'ores et déjà, ces travaux soulèvent deux enjeux particulièrement importants. Ils apportent un nouveau concept en biologie du développement en montrant que les processus impliqués ne seraient pas exclusivement contrôlés par les produits biochimiques de l'expression génique. Par ailleurs, comme les gènes du développement embryonnaire sont impliqués dans le processus de progression tumorale, l'induction mécanique des gènes constitue une nouvelle piste pour l'étude du développement des cancers. Cette perspective de recherche est prise très au sérieux : elle vient de recevoir le soutien du programme « Information et technologies pour la santé » 7, qui encourage la recherche de nouveaux outils et de nouveaux concepts afin de répondre aux questions de santé publique les plus importantes.

 

Stéphanie Belaud

 

Notes :

1. Laboratoire CNRS / Institut Curie.
2. Ces gènes définissent une sorte de plan de construction du futur organisme.
3. Résultats publiés dans Current Biology, vol. 13, pp. 1365-1377 (2003), et PNAS, vol. 102, pp. 1047-1052 (2005).
4. Ce gène est nécessaire à la formation du tube digestif embryonnaire.
5. La gastrulation correspond aux mouvements morphogénétiques des premiers stades du développement de l'embryon.
6. Laboratoire CNRS / École polytechnique / Inserm / École nationale supérieure des techniques avancées.
7. Ce programme est initié par le CNRS, l'Inria et l'Inserm.

Contact

Emmanuel Farge
Unité « Physico-chimie Curie », Paris
efarge@curie.fr


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