La protéine « gauche » contrôle étroitement le développement embryonnaire

Une protéine connue sous le nom de lifty pompe les freins lorsque les embryons humains commencent à se différencier en os, tissus mous et organes qui nous composent.

Cette protéine inhibitrice est essentielle au cours des premiers stades de la vie lorsque le sort des cellules souches embryonnaires est déterminé par la voie de signalisation ganglionnaire, selon les biologistes de l’Université Rice.

Les expériences menées par le laboratoire de Rice, Aryeh Warmflash, dirigées par le chercheur postdoctoral Lizhong Liu, ont visualisé pour la première fois le mécanisme par lequel Nodal et Lefty interagissent pour déterminer le futur plan corporel de l’embryon de mammifère.

Leurs résultats paraissent dans la revue en libre accès Communication Nature.

L’étude démontre non seulement comment les molécules de signalisation streptococciques, connues sous le nom de morphogènes, sont criblées par Lefty, mais également que les protéines streptococciques se déplacent directement d’une cellule à l’autre, ce qui entraîne la transcription de nouveaux nœuds par le receveur. Dans le même temps, une onde de transcription gauche est déclenchée de manière transitoire dans les cellules lorsqu’elles reçoivent Nodal pour la première fois, régulant la vitesse de l’onde.

« Essentiellement, nous montrons qu’au lieu de gradients de formation de protéines et d’orientation des cellules pour devenir différents types de cellules, les molécules impliquées ne diffusent pas du tout », a déclaré Tumor Flash. « Au lieu de cela, les cellules relaient le signal afin que chaque cellule produise le signal et le transmette à son voisin, ce qui fait que le voisin l’émet et ainsi de suite. C’est un peu comme un jeu téléphonique. »

Le modèle expérimental unique que Warmflash et son équipe ont développé pendant de nombreuses années permet de voir les premiers stades de la gastrulation, au cours desquels se produisent les premiers stades de la différenciation. Les colonies circulaires de cellules ne ressemblent pas à des embryons et suivent des manières bien établies, mais les cellules communiquent et interagissent de manière réaliste en se différenciant en trois couches germinales distinctes – ectoderme, mésoderme et endoderme – du centre vers le bord.

Mais en fait, la visualisation de la protéine nodale a, jusqu’à présent, été problématique. Pour la nouvelle étude, Liu a trouvé un moyen d’ajouter signes fluorescents À la protéine de streptocoque qui n’a en aucun cas nui au processus gastrique.

« Nous devions nous assurer que la marque fluorescente n’affectait pas la fonction », a déclaré Liu, qui a passé deux ans à trouver une solution. « Parce que le marqueur est si grand – essentiellement la moitié de la molécule fusionnée à la protéine streptocoque – nous ne savions pas s’il affecterait la sécrétion (par les cellules) ou la prolifération. »

Une fois qu’il a été confirmé que la marque était bénigne, le laboratoire a commencé à suivre les progrès de Nodal jusqu’à 42 heures dans différentes configurations de colonies et avec ou sans les deux variantes humaines Lefty. Ils ont constaté que sans présence aérienne, la propagation nodale progressait plus rapidement vers le centre de la colonie.

La capacité de suivre des protéines individuelles dans le système des mammifères pourrait conduire à des découvertes sur les mécanismes par lesquels les morphogènes et leurs inhibiteurs revendiquent leur territoire, a déclaré Liu.

Traditionnellement, on pense que les schémas surviennent parce que certaines protéines se propagent plus rapidement que d’autres, a déclaré Liu. L’activité nodale locale pourrait provoquer la production de Lefty, qui se propage plus loin que le Nodal et limite le signal à une région d’une certaine taille, une théorie qui, selon lui, n’a pas été rigoureusement testée.

À la surprise des chercheurs, l’observation directe des particules endogènes n’a montré aucun signe de propagation nodale. Au lieu de cela, l’onde se déplaçant vers l’intérieur est le résultat de nouvelles protéines ganglionnaires produites par chaque cellule, stimulant ensuite sa voisine à faire de même.

Le laboratoire a pu démontrer que celle-ci est indispensable à la vague en formant des cellules dépourvues de la protéine nodulaire. Ces cellules peuvent recevoir le signal mais pas le transmettre à leurs voisines.

Les chercheurs ont également découvert que si Lefty n’était pas courant dans les essais sur l’estomac, il peut se déplacer sur une plage beaucoup plus longue dans d’autres contextes.

« Nous voulons comprendre ce qui détermine la propagation des protéines gauches d’une manière dépendante du contexte », a déclaré Liu. « Est-ce parce que les deux variantes humaines de Lefty présentent des schémas de prolifération et d’expression différents ? Il est difficile de répondre à cette question, car ils sont très similaires au niveau de l’ADN et des acides aminés. Nous devrons trouver un moyen de les distinguer. .”

« L’autre chose qui nous intéresse est de savoir comment Nodal et Lefty collaborent avec d’autres cofacteurs pour déterminer l’axe du corps », a-t-il déclaré. « Où sont la tête, où sont la queue et où sont les côtés gauche et droit ? Nous savons que Nodal travaille avec des co-récepteurs pour faire cela chez le poisson zèbre, mais chez les mammifères supérieurs cellulesl’avenir commun peut être fondamentalement différent.