Des scientifiques du département d’anatomie et d’embryologie de la faculté de médecine de l’université de Tsukuba ont créé un modèle informatique pour simuler le développement de constructions complexes basées sur la voie de signalisation Delta-Notch. Ce travail peut conduire à une graphic in addition complète du processus qui aboutit à la development d’organes et d’autres systèmes physiologiques.



Le développement d’un petit embryon constitué de cellules indifférenciées en un fœtus sain avec des organes définis dans l’espace dépend de l’interaction complexe entre les directions génétiques et les molécules de signalisation. Par exemple, les gènes « Notch » se trouvent dans presque tous les animaux et insectes, et codent pour des protéines réceptrices qui s’étendent à travers la membrane d’une cellule. Cela permet aux molécules de signalisation externes de coordonner le développement de la cellule en activant ou en désactivant des gènes spécifiques au bon second et au bon endroit. Cependant, il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas sur les détails de ce mécanisme.

Maintenant, pour mieux comprendre le rôle des systèmes de signalisation dans le développement des organes et la différenciation cellulaire, une équipe de scientifiques de l’Université de Tsukuba a créé une simulation informatique qui modélise la voie de signalisation Delta-Notch dans la différenciation des cellules biliaires. La différenciation des cellules épithéliales essentielles au développement des voies biliaires du foie est particulière en ce qu’elles reçoivent des signaux sous forme de ligands Delta des cellules de la veine porte pour s’assurer qu’elles sont au bon endroit. « Un ligand Delta libéré par une cellule de la veine porte peut se lier à un récepteur Notch pour réguler l’expression des gènes dans la cellule épithéliale », explique le premier auteur Masaharu Yoshihara.



Les scientifiques ont utilisé un ensemble d’équations différentielles couplées pour montrer remark les concentrations de chacune changent au fil du temps sur une matrice bidimensionnelle 20 × 20 imitant la segment transversale plane du foie. La diffusion des molécules Delta a conduit à des différences de concentration en fonction de l’emplacement, garantissant que la différenciation épithéliale se produisait uniquement aux endroits corrects, ce que les auteurs ont appelé « différenciation à grain fin ». Cependant, même avec une cellule de la veine porte du foie envoyant des molécules Delta, certaines disorders n’ont entraîné aucune différenciation cellulaire, ce qui montre que le bon développement dépend des taux de manufacturing de ligands Delta et de récepteurs Notch. « Ce projet démontre la capacité des modèles informatiques à simuler la development d’une framework spatiale à l’aide de voies de signalisation de rétroaction complexes », a déclaré le professeur Satoru Takahashi, auteur principal. Les futurs modèles pourraient incorporer d’autres molécules de signalisation, ainsi que la migration cellulaire.

La recherche peut conduire à une meilleure compréhension des voies de signalisation embryonnaires

Le travail est publié dans les BMC Study Notes sous le titre « Analyse mathématique de l’effet des cellules de la veine porte sur la différenciation des cellules épithéliales biliaires by way of la voie de signalisation Delta-Notch ».

Financement  : Ce travail a été soutenu par la Japan Modern society for the Marketing of Science as a result of Grants-in-Assist for Scientific Investigation (Grant Number 19H00966), KAKENHI Grant-in-Assist for Early Job Scientists (Grant Amount 20K15775) et Ph. RÉ. Programme en sciences humaines (programme de doctorat pour une éducation innovante et intelligente de leading program).