Une carte cellulaire reconstitue le développement embryonnaire de la souris au fil du temps

Des instantanés à une histoire cellulaire

Depuis des décennies, le développement embryonnaire est observé à travers des moments précis : la formation d’une structure cérébrale, le changement de forme du cœur ou l’apparition de cellules du système nerveux. Une étude du laboratoire de Jonathan Weissman, professeur au MIT, propose une perspective plus large : reconstituer la manière dont les cellules se divisent et donnent naissance à des tissus et à des organes au cours du développement d’un embryon de souris.

Selon la nouvelle publiée par le MIT, l’équipe a suivi l’histoire de lignée de plus d’un million de cellules. Les travaux, publiés le 8 octobre dans Cell, ont été réalisés en collaboration avec le groupe de Zachary Smith, de l’Université Yale, et l’Institut Max-Planck de génétique moléculaire. La reconstitution associe les liens de parenté entre cellules à des données sur les gènes qui étaient actifs et sur l’emplacement des cellules dans l’embryon.

Le résultat est une sorte de carte ou de film du développement : il ne montre pas seulement où aboutissent certaines cellules, mais permet aussi d’étudier à quel moment elles commencent à s’orienter vers certaines destinées. Le MIT décrit l’analyse d’embryons prélevés à plusieurs moments du développement, ce qui a permis de suivre quand les cellules commençaient à s’orienter vers des destinées précises. En outre, l’équipe a examiné des stades rapprochés et plusieurs embryons à chaque stade ; cet échantillonnage a permis de comparer la régularité avec laquelle les cellules suivent des trajectoires similaires d’un embryon à l’autre.

Comment les lignées sont reconstituées

L’outil utilisé, appelé PEtracer, introduit de petites modifications héréditaires dans l’ADN. Lorsqu’une cellule se divise, ces modifications peuvent être transmises à ses descendantes. En les lisant par la suite, les chercheurs reconstituent quelles cellules proviennent d’ancêtres communs et organisent ces informations sous forme d’arbre de lignée. L’association avec l’activité génique et l’emplacement des cellules ajoute d’autres dimensions à ce parcours.

L’échelle compte. Dans les années 1980, des chercheurs ont suivi le développement de Caenorhabditis elegans, un ver transparent comptant environ 1.000 cellules, par observation microscopique. Étendre une stratégie similaire aux mammifères pose des difficultés différentes : leurs embryons comptent beaucoup plus de cellules, se développent dans l’utérus et, selon la description du MIT, ne suivent pas un programme entièrement prédéterminé.

L’étude a également été publiée dans un contexte d’avancées connexes. Le MIT indique qu’une autre équipe, dirigée par Jay Shendure à l’Université de Washington, a publié simultanément dans Science une étude utilisant une technique apparentée, appelée DNA Typewriter, pour enregistrer les divisions cellulaires dans des embryons de souris. Selon la comparaison du MIT, l’équipe de Weissman a examiné des stades plus rapprochés et plusieurs embryons par stade, ce qui a permis d’observer le processus plus en détail et de comparer la régularité des trajectoires.

Cette comparaison résume les informations communiquées par la source du MIT ; elle ne constitue pas une évaluation indépendante des méthodes ni de leurs résultats.

Les questions que la carte peut aider à poser

En réunissant des histoires cellulaires qui pouvaient auparavant être étudiées séparément, la carte permet d’examiner à quel moment les cellules s’engagent vers certaines destinées, combien de cellules précoces contribuent à la formation d’un tissu et comment elles finissent par participer à un organe. Pour l’instant, l’utilité décrite est celle d’une ressource permettant d’explorer le développement des mammifères dans une perspective intégrée.

Le MIT évoque des applications possibles à l’étude des malformations congénitales et du cancer. Dans le premier cas, une carte du développement typique pourrait aider à étudier à quel moment et à quel endroit les processus de formation des tissus et des organes dévient de leur cours. Dans le cancer, le traçage des lignées pourrait servir à étudier à quel moment apparaissent des caractéristiques telles que la capacité de se propager ou la résistance aux traitements. L’article présente ces possibilités comme des pistes que l’outil pourrait faciliter, et non comme des résultats cliniques déjà obtenus.

L’outil pourrait également orienter la recherche sur les cellules souches. L’idée est que connaître la séquence d’états cellulaires qui mène à des types cellulaires matures et fonctionnels fournisse des indications pour reproduire ces parcours en laboratoire. Le MIT présente cette possibilité comme un objectif de la biologie des cellules souches ; les informations disponibles n’indiquent pas que la carte ait déjà permis de produire des cellules ayant une utilité thérapeutique.

La logique générale consiste à relier l’information génétique à son utilisation dans le temps et dans l’espace. Comme l’explique le MIT, connaître le génome fournit une liste de composants, mais ne précise pas à lui seul quand et où ils sont utilisés au cours de la formation d’un organisme. La carte cherche à commencer à décrire cette séquence chez les embryons de souris.

Portée et contexte

Les travaux portent sur le développement de souris et ne démontrent pas que les mêmes trajectoires se reproduisent à l’identique chez l’être humain. Ils ne prouvent pas non plus que la méthode permette de prévenir les malformations congénitales, de traiter le cancer ou de fabriquer des types cellulaires thérapeutiques : il s’agit d’applications potentielles mentionnées dans l’article institutionnel.

Les références à la National Science Foundation (NSF) apportent un contexte institutionnel général, et non une corroboration indépendante de cette découverte. La NSF décrit son soutien à la recherche scientifique et en ingénierie, mais cette présentation ne documente pas l’étude PEtracer. De même, sa page sur les programmes de recherche sur les matériaux porte sur les matériaux et leurs applications ; elle n’apporte aucune preuve spécifique sur le développement embryonnaire et ne valide pas les résultats communiqués par le MIT.