Comprendre la production des protéines au cours du développement embryonnaire
Pour se développer correctement, l’embryon doit produire les protéines nécessaires au bon moment et au bon endroit. Ce processus dépend de la traduction, dernière étape de l’expression des gènes, au cours de laquelle les informations contenues dans un gène servent à produire des protéines. Les scientifiques ont déjà beaucoup appris sur les autres étapes de l’expression des gènes au cours du développement embryonnaire. En revanche, ils en savent beaucoup moins sur le moment et le lieu où les protéines sont réellement produites, en raison de la difficulté à mesurer la traduction avec une résolution spatiale et temporelle suffisante dans des embryons de vertébrés vivants. «Pour comprendre pleinement le développement d’un embryon, nous devons donc observer directement la production des protéines», explique Maëlle Bellec(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), chercheuse postdoctorale à l’Institut Max Planck pour la recherche sur le cœur et les poumons(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Dans le cadre du projet LivAdapt, financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Maëlle Bellec et ses collègues ont combiné l’ingénierie génomique à un ensemble de techniques d’imagerie et d’analyse afin de visualiser directement la traduction dans des embryons vivants de poisson-zèbre(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Nos résultats ouvrent la voie à l’étude directe de ce niveau supplémentaire de régulation des gènes dans des embryons vivants de vertébrés», ajoute Maëlle Bellec. «Du point de vue biologique, cette approche apporte un niveau d’information qui faisait défaut et permet de relier l’expression des gènes à la production des protéines et aux conséquences sur le développement.»
Marquage fluorescent des protéines
Le projet s’est intéressé à une molécule particulière appelée morphogène, qui envoie aux cellules embryonnaires des signaux déterminant la structure de l’organisme. Les morphogènes interviennent notamment dans le développement de la moelle épinière et des membres, ainsi que dans celui des ailes chez les insectes. LivAdapt s’est concentré sur BMP2b, un morphogène qui joue un rôle essentiel dans la mise en place du plan d’organisation du corps au début du développement. Les chercheurs ont fait appel à l’ingénierie génomique pour introduire une étiquette dans le gène BMP2b afin de marquer par fluorescence les protéines nouvellement synthétisées. Ils ont associé cette technique à la microscopie à feuillet de lumière en réseau en temps réel, une technologie d’imagerie de pointe, pour visualiser la synthèse des protéines dans l’ensemble de l’embryon. En parallèle, ils ont intégré différentes approches complémentaires d’imagerie et de modélisation. «Ces méthodes nous ont permis de quantifier la dynamique de la traduction à l’échelle d’ARN messagers, ou ARNm(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) individuels et des cellules, et de déterminer quand, où et avec quelle efficacité BMP2b est traduit au cours des premiers stades du développement embryonnaire», explique Maëlle Bellec.
Un niveau de détail inédit sur la production des protéines
L’une des principales découverte de l’étude est que la traduction de BMP2b est principalement régulée au niveau de son initiation, révélant ainsi un niveau supplémentaire de contrôle de la production des protéines. L’équipe a également constaté que la traduction de BMP2b pouvait emprunter plusieurs voies, ce qui laisse penser que les embryons en développement disposent de différentes stratégies pour assurer la production des protéines. «Nous espérons que ces travaux aideront la communauté scientifique à mieux comprendre dans son ensemble les mécanismes du développement embryonnaire», souligne Maëlle Bellec. Au-delà de ces enseignements biologiques, Maëlle Bellec ajoute que la technologie développée dans le cadre de LivAdapt peut être adaptée à l’étude d’autres gènes, permettant ainsi aux scientifiques d’analyser la régulation de la synthèse des protéines au cours de différents processus de développement.
Des implications biomédicales plus larges
Une meilleure compréhension de la régulation de la traduction pourrait également avoir des implications biomédicales plus larges, estime l’équipe. «De nombreux troubles du développement et autres maladies sont associés à des anomalies de la synthèse des protéines ou de sa régulation», précise Maëlle Bellec. «En étudiant la manière dont la traduction est régulée au cours du développement normal, nos travaux pourraient contribuer à établir un cadre permettant de comprendre le dérèglement de ces processus dans les maladies.» Maëlle Bellec poursuivra ses recherches dans le cadre de ses nouvelles fonctions à Montpellier, en France, en s’appuyant sur le potentiel de la technologie démontré par le projet. «Je prévois maintenant de l’appliquer à un éventail plus large de gènes et de processus de développement», précise-t-elle.
