Un regard neuf sur la morphogenèse
La morphogenèse, le processus biologique par lequel une cellule, un tissu ou un organe acquiert sa forme, est un des exemples les plus remarquables d’auto-organisation biologique. C’est aussi un des grands mystères de la biologie. «Comprendre comment le plan corporel émerge au cours de la morphogenèse est une question centrale de la recherche en biologie du développement et en biophysique», explique Kinneret Keren(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), biophysicienne à l’Institut israélien de technologie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Technion). Le projet HydraMechanics(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, contribue à répondre à cette question. «Notre recherche entend éclairer le processus de morphogenèse d’un point de vue biophysique, en se concentrant sur le rôle des forces mécaniques et de la rétroaction dans la formation et la stabilisation du plan corporel», ajoute Kinneret Keren, la chercheuse principale du projet.
Comprendre les capacités de régénération de l’hydre
Pour explorer les bases mécaniques de la morphogenèse, le projet, qui a reçu le soutien du Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), s’est tourné vers l’hydre, un petit animal prédateur d’eau douce. L’hydre est un animal multicellulaire doté d’un plan de corps uniaxial et d’une remarquable capacité de régénération. «Grâce à la simplicité de son plan corporel et à sa flexibilité expérimentale, l’hydre est un système modèle classique pour l’étude de la morphogenèse», explique-t-elle. L’équipe a entrepris d’examiner de plus près, à l’aide d’outils d’imagerie et de manipulation modernes, les mécanismes mécaniques qui sous-tendent la formation et la stabilisation du plan corporel lors de la régénération de l’hydre, au niveau cellulaire et tissulaire.
Les mécanismes de l’organisation et de la régénération des tissus
L’une des hypothèses centrales du projet est que l’hydre possède des mécanismes de rétroaction mécanique qui aboutissent à une organisation robuste des tissus, à la formation d’axes et à la régénération. «Pour sonder directement l’influence de ces forces mécaniques et de la rétroaction sur le processus de régénération de l’hydre, nous avons appliqué diverses perturbations mécaniques externes et étudié leur influence sur le processus et la morphologie finale de l’animal régénéré», explique Kinneret Keren. Le projet s’est également intéressé à la manière dont la polarité de l’axe du corps est établie et maintenue au cours de la morphogenèse. Selon Kinneret Keren, la polarité nécessite une coordination globale dans l’ensemble de l’organisme pour générer un axe corporel bien défini. Parallèlement, elle se manifeste localement dans le comportement et la différenciation des cellules individuelles au sein du tissu. «En examinant l’influence de la mécanique et de l’organisation dynamique du cytosquelette d’actine sur l’établissement et le maintien de la polarité au cours de la régénération, nous espérions apporter de nouveaux enseignements sur les mécanismes qui coordonnent les comportements cellulaires et établissent la polarité de l’axe du corps au cours de la morphogenèse», explique-t-elle.
Pas de quoi perdre la tête
Le projet a fait plusieurs découvertes importantes sur la base de ces lignes de recherche. Les chercheurs ont par exemple révélé comment l’héritage structurel à grande échelle de l’organisation du cytosquelette peut guider l’axe du corps dans l’hydre en régénération. L’une des découvertes les plus intéressantes concerne la capacité unique d’hydre à régénérer sa tête après l’avoir perdue. Les chercheurs ont révélé que la future région de la tête au sein des fragments de tissus régénérés subit de multiples étirements, ruptures et déformations. De nombreuses conclusions du projet ont été publiées dans diverses revues scientifiques et peuvent être consultées en ligne. «Nos recherches sur la régénération de l’hydre constitue une étape importante vers l’intégration de la mécanique et d’autres processus de développement dans un cadre biophysique unifié de la morphogenèse», conclut Kinneret Keren. «Ainsi, les leçons tirées de notre travail peuvent jeter un éclairage neuf sur la base mécanique de la morphogenèse chez d’autres organismes.»
