Les morphogènes sont des molécules qui se déplacent d’une cellule biologique à l’autre pour modeler les tissus de 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 découvertes de l’équipe sont publiées dans la revue eLife.
Le morphogène Wnt est devenu un régulateur clé du développement cardiaque chez les vertébrés. Ces protéines Wnt sont des molécules qui jouent un rôle vital 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 chez le Xenopus, une grenouille aquatique originaire d’Afrique subsaharienne. Le Xenopus, avec ses poumons et son cœur à trois chambres, est rentable et utile aux scientifiques dans leur étude des maladies humaines.
Dans le développement du cœur de Xenopus, les scientifiques ont déjà établi que le morphogène Wnt6 est envoyé par l’épiderme, ces couches externes de cellules qui composent la peau, pour modeler 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 entourant le cœur) et un substantial 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. “On ne sait toujours pas comment une structuration reproductible peut être obtenue avec des molécules diffusantes, en particulier lorsque cette structuration concerne la différenciation des tissus minces.” a déclaré Takayoshi Yamamoto, professeur adjoint à l’Université de Tokyo et premier auteur et correspondant sur l’article.
Les scientifiques savent qu’au début du développement embryonnaire, la gamme de signalisation du morphogène Wnt8 est régulée avec précision 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 critical 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 de l’embryon. L’équipe de recherche s’est demandé si des mécanismes similaires à ceux qui opèrent dans les premiers embryons régulent 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 augmentée par la signalisation Wnt dans le développement du système nerveux chez le xénope et dans le développement des cellules de carcinome embryonnaire humain, mais il n’y a pas de tels rapports dans le développement cardiaque. L’équipe de recherche a donc concentré son étude sur l’analyse de la manière dont la signalisation Wnt se produit dans le développement du cœur, 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 additionally, la simulation informatique a révélé que cette rétroaction confère une robustesse aux versions de la generation de ligand Wnt et permet au système d’atteindre un niveau secure état rapidement », a déclaré Yamamoto.
Les molécules Wnt6 et sFRP1 régulent non seulement le développement cardiaque regular de 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. “Nos découvertes seront pertinentes pour les applications médicales, par exemple pour la conception de médicaments, automobile les molécules de area 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. révéler la régulation précise des morphogènes et pour envisager des purposes médicales, les mécanismes de régulation de ces composants doivent être étudiés as well as avant », a déclaré Yamamoto.
La recherche a été menée en collaboration avec des chercheurs de l’Université d’Aberdeen au Royaume-Uni