Des chercheurs créent un modèle 3D en laboratoire qui révèle les origines de la colonne vertébrale humaine

La colonne vertébrale est la structure de support centrale du squelette chez tous les vertébrés. Il fournit non seulement un endroit pour la fixation musculaire, mais protège également la moelle épinière et les racines nerveuses. On sait que les défauts de son développement provoquent des maladies génétiques rares. Des chercheurs du groupe Ebisuya de l’EMBL de Barcelone viennent de créer la 3D dans le laboratoire Le modèle simule la façon dont les structures précurseurs qui conduisent à la formation de la colonne vertébrale au cours du développement embryonnaire humain.

La colonne vertébrale est composée de 33 vertèbres qui forment des paires de structures primaires appelées somites. Le corps n’est pas seulement nos vertèbres, mais aussi nos côtes et nos muscles squelettiques. Pour s’assurer que ces structures se forment correctement, le développement des somites est étroitement régulé et chaque paire de somites apparaît à un moment séquentiel particulier de l’évolution. Ce processus est contrôlé par l’horloge de fragmentation, un groupe de gènes qui créent des ondes oscillatoires, chaque onde donnant naissance à une nouvelle paire de somites.

Marina Sanaki Matsumiya, première auteure de l’étude publiée dans, a déclaré : Communication Nature. Grâce à cette approche, les chercheurs ont développé la 3D dans le laboratoire Un modèle de formation de somites, également connu sous le nom de « somatogenèse ».

Créer un puissant processus de formation physique

équipe de culture humaine Comprend des cellules souches pluripotentes (hiPSC) en présence d’un mélange de molécules de signalisation qui stimulent la différenciation cellulaire. Trois jours plus tard, les cellules ont commencé à s’allonger et à créer des axones antérieurs (supérieurs) et postérieurs (inférieurs). À ce stade, les scientifiques ont ajouté Matrigel au mélange de culture. Le matrigel est ce que certains scientifiques appellent une poudre magique : un mélange de protéines important pour de nombreux processus de croissance. Ce processus a finalement conduit à la formation de somites – dans le laboratoire Équations de structures de précurseurs de somites humains.

Pour tester si l’horloge de fragmentation régule la formation de corps dans ces somites, les chercheurs ont surveillé les modèles d’expression de HES7, le gène principal impliqué dans le processus. Ils ont trouvé des preuves claires d’oscillations, en particulier lorsque la formation du corps était sur le point de commencer. Les somites qui se sont formés présentaient également des signes clairs de morphogenèse épithéliale, une étape importante dans leur maturation.

somettre la taille est importante

Le groupe Ebisuya étudie comment et pourquoi nous, les humains, différons des autres espèces en matière de développement embryonnaire. Un système modèle qu’ils utilisent pour comprendre les différences entre les espèces est l’horloge de hachage. En 2020, le groupe a révélé que la période d’oscillation de l’horloge de hachage humaine est plus longue que celle de l’horloge de hachage de la souris.

L’étude actuelle montre également une association entre la taille des somites et l’heure de fragmentation.

Les somites générés avaient un volume constant, quel que soit le nombre de cellules utilisées dans les somites primaires. La taille des somites n’a pas augmenté même si le nombre initial de cellules a augmenté. Cela indique que les somites ont une taille spécifique spécifique à l’espèce, qui peut être déterminée par des interactions cellule-cellule locales, l’horloge de fragmentation ou d’autres mécanismes. « 

Marina Sanaki Matsumiya, première auteure de l’étude, Groupe Ebisuya, Laboratoire européen de biologie moléculaire

Pour une étude plus approfondie, Miki Ebisuya et son groupe prévoient maintenant de cultiver et de comparer des somites de différents types. Les chercheurs travaillent déjà sur de nombreux types de mammifères, notamment des lapins, des bovins et des rhinocéros, et créent un « zoo de cellules souches » en laboratoire.

« Notre prochain projet se concentrera sur la formation de somites de différents types, ainsi que sur la mesure de la prolifération cellulaire et de la vitesse de migration cellulaire afin de déterminer en quoi et comment la composition des somites diffère entre les espèces », a déclaré Ibisuya.