Les chercheurs de Northwestern Medicine ont identifié de nouveaux mécanismes régulant le développement de la colonne vertébrale pendant le développement embryonnaire, les résultats qui pourraient éclairer de nouveaux traitements pour la scoliose congénitale et d’autres malformations congénitales connexes, selon une étude récente publiée dans Communications de la nature.
La colonne vertébrale de toutes les espèces de vertébrés, y compris les humains, est divisée en segments (disques vertébraux), qui donnent à la colonne vertébrale à la fois la flexibilité et la mobilité.
Au cours du développement embryonnaire précoce, ces disques se développent à partir de cellules spécialisées appelées somites et sont séquentiellement « tranchées » en disques séparés, un processus entraîné par une horloge biologique appelée horloge de segmentation des vertébrés.
« Il s’agit d’une segmentation séquentielle et d’une segmentation périodique, et l’horloge se réfère à certains gènes qui expriment l’ARN et les protéines. Ces expressions ne se produisent pas toujours constamment; elles se produisent en oscillations, comme les vagues », a déclaré Ertugrul Özbudak, Ph.D., The Robert Laughlin Rea professeur de biologie cellulaire au Département de la biologie cellulaire et du développement et de l’auteur principal de l’étude.
Chaque cellule Somite contient deux protéines d’horloge, HER1 et HER7, qui aident à réguler l’horloge de segmentation des vertébrés. En parallèle, les protéines deltac et deltad activent la voie de signalisation de l’encoche, qui à son tour active la transcription des gènes d’horloge dans les cellules préomiques voisines.
Les mutations de ces gènes de voie entraînent des défauts de segmentation vertébrale chez l’homme, comme la scoliose congénitale.
« Il y a une action collective. Des centaines de cellules produisent et dégradent de manière synchrone ces molécules et cela nécessite une communication cellulaire à cellule », a déclaré Özbudak.
Des travaux antérieurs avaient suggéré qu’un seul de ces ligands, Deltac, a contribué à la transcription des gènes de l’horloge de segmentation.
Pour mieux comprendre comment Deltac et Deltad influencent la transcription des gènes de l’horloge de segmentation des vertébrés HER1 et HER7, l’équipe d’Özbudak a effectué une imagerie avancée sur différents arrière-plans génétiques d’embryons de poisson zèbre.
Étonnamment, ils ont constaté que Deltad était non seulement fonctionnel, mais aussi que la signalisation Notch favorise la transcription des gènes deltac et deltad.
« Deltac oscille et contribue immédiatement à la synchronisation. Deltad n’oscille pas, mais élève les niveaux du gène cible afin qu’ils puissent être capables d’osciller et de synchroniser », a déclaré Özbudak.
Les résultats aideront à améliorer la compréhension des raisons pour lesquelles ces deux mutations génétiques entraînent des anomalies congénitales de la colonne vertébrale et éclairent les travaux futurs pour identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques, a ajouté Özbudak.
« Dans un avenir proche, nous visons à évaluer les contributions d’autres régulateurs de transcription et d’autres mécanismes de signalisation cellulaire », a conclu Özbudak.
