Un registre biologique du développement
Des chercheurs ont reconstitué l’arbre généalogique des cellules d’un embryon de souris en développement en transformant l’ADN de l’embryon lui-même en registre de son histoire. Le travail a utilisé une technologie de suivi appelée DNA Typewriter, qui est restée dans les cellules pendant qu’elles se divisaient et acquéraient des fonctions spécialisées au cours du développement.
Le registre commence lorsque l’ovule fécondé se divise en deux cellules et se poursuit pendant 13,5 jours de développement, au terme desquels le corps et les organes de la souris avaient pris forme. La gestation complète de la souris dure environ 19 à 21 jours, ce qui situe l’expérience dans la phase de formation du développement embryonnaire.
L’étude, publiée dans Science, s’intéresse à une question centrale de la biologie du développement : comment l’ascendance précoce d’une cellule est liée au rôle qu’elle assume plus tard. Tous les organes et tissus commencent avec des cellules partageant des origines communes, mais ces cellules se divisent, se déplacent et se spécialisent progressivement. Reconstituer ces relations à grande échelle constitue un défi technique de longue date.
Comment fonctionne DNA Typewriter
L’équipe a inséré une « bande » d’enregistrement remaniée dans le génome d’un ovule de souris fécondé. À mesure que l’embryon se développait, le système conservait des informations dans le matériel génétique des cellules descendantes. L’analogie proposée par les chercheurs est celle d’une machine à écrire qui écrit sur l’ADN de la cellule elle-même plutôt que sur du papier.
Comme l’enregistreur reste dans le matériel génétique de chaque cellule, son contenu peut ensuite être lu à partir de cellules individuelles. Cela permet d’inférer les relations entre les cellules après que le développement a largement dépassé les premières divisions.
La dernière version de la méthode a été conçue pour faciliter la récupération du registre à partir de cellules individuelles. Cette amélioration pratique est importante : un système d’enregistrement des lignées n’est utile que si les chercheurs peuvent lire de manière fiable une quantité suffisante de son histoire stockée pour comparer les cellules d’un embryon.
Dans cette étude, les chercheurs ont suivi l’histoire du développement des cellules depuis la première division de l’ovule fécondé jusqu’à la formation du plan corporel et des organes de l’embryon. Le travail relie ainsi des événements embryonnaires très précoces à des résultats visibles bien plus tard au cours du développement.
Pourquoi les cartes de lignée sont importantes
La lignée cellulaire est plus qu’un exercice de généalogie. Elle offre un moyen d’étudier si les différences ancestrales précoces sont associées aux destins cellulaires ultérieurs. Un résultat du développement peut dépendre non seulement des signaux reçus par une cellule à un moment donné, mais aussi de la place qu’elle occupe dans une chaîne plus longue de divisions.
Le Dr Jay Shendure, de la University of Washington School of Medicine et coauteur principal de l’étude, a déclaré que les chercheurs s’intéressaient à la manière dont l’ascendance précoce d’une cellule influence son destin ultérieur. Il a décrit la recherche sur les lignées comme une voie pour décoder le développement normal.
La portée potentielle dépasse l’embryologie fondamentale. Les chercheurs ont indiqué qu’une meilleure compréhension de la lignée développementale pourrait faire progresser les connaissances sur les malformations congénitales, les troubles neurodéveloppementaux, les maladies génétiques et le cancer. L’étude est une expérience sur des embryons de souris ; ces applications possibles restent donc des pistes de recherche future plutôt que des usages cliniques démontrés.
Le principe sous-jacent reste néanmoins important. Si les scientifiques peuvent relier un type de cellule mature à un relevé détaillé de son ascendance, ils pourraient mieux déterminer à quel moment les voies du développement divergent et quels événements précoces sont associés à des anomalies ultérieures.
Une plateforme pour étudier le développement
DNA Typewriter a été inventé par Shendure et Junhong Choi, qui travaille aujourd’hui au Sloan Kettering Cancer Center. Le présent travail comprenait une bande génomique remaniée et une collaboration dirigée par Shendure et Chengxiang Qiu, biologiste moléculaire et des systèmes au Dartmouth College.
Sa réalisation essentielle ne consiste pas simplement à marquer les cellules à un moment donné. Elle consiste à conserver un registre historique pendant que ces cellules prolifèrent et se différencient. Cette distinction pourrait rendre l’approche utile dans les expériences où les chercheurs doivent comprendre la séquence et les relations, plutôt que simplement cataloguer les types cellulaires présents à la fin d’un processus.
L’embryon de cette expérience constituait un cas d’essai exigeant. Le développement produit une population nombreuse et diverse de descendants à partir d’un seul ovule fécondé, tandis que les divisions précoces qui établissent ces relations sont séparées de plusieurs jours de l’apparition ultérieure des organes et des tissus. L’arbre généalogique reconstitué comble cet intervalle.
Pour l’instant, les résultats constituent une avancée de recherche dans un modèle murin. Mais l’étude démontre plus clairement que l’ADN peut servir de support durable, cellule par cellule, pour enregistrer l’histoire du développement. Cette capacité pourrait aider les chercheurs à poser des questions plus précises sur la manière dont les systèmes vivants se construisent à partir d’une seule cellule.
Cet article s’appuie sur un reportage de Phys.org. Lire l’article original.
Originally published on phys.org
