Les caractéristiques anormales de la tête et du visage se réparent

Un rapport dans le numéro de mai de la revue Dynamique du développement révèle que les biologistes de l'université de Tufts ont, pour la première fois, découvert un mécanisme "d'auto-correction" par lequel les organismes en développement reconnaissent et réparent les anomalies de la tête et du visage.
C'est la première fois que ce type de processus correctif et flexible a été rigoureusement analysé par modélisation mathématique.
L'étude démontre que les organismes en développement ne sont pas génétiquement «câblés», mais que le processus est plutôt flexible et robuste. En utilisant un modèle de têtard avec un ensemble de mouvements cellulaires prédéterminés aboutissant à des traits faciaux normaux, ils ont démontré que les groupes de cellules pouvaient mesurer leur forme et leur position par rapport aux autres organes, effectuer les mouvements et les fonctions de remodelage nécessaires. pour compenser les anomalies importantes dans les modèles.
Michael Levin, Ph.D., chercheur principal, directeur du Centre de biologie régénérative et du développement de l’École des arts et des sciences de l’Université Tufts, a expliqué:

"Une grande question a toujours été, comment les formes complexes comme le visage ou l’embryon entier se sont assemblées? Nous avons constaté que lorsque nous créons des défauts au niveau expérimental, les structures faciales se déplacent de diverses manières et finissent Cela suggère que ce que le génome encode en fin de compte est un ensemble de comportements dynamiques et flexibles grâce auxquels les cellules sont capables de faire des ajustements pour construire des structures complexes spécifiques, si nous pouvions apprendre comment transformer des systèmes auto-assemblés et réparés de manière fiable. la forme cible souhaitée, la médecine régénérative, la robotique et même l'exploration spatiale seraient transformées. "

Des recherches antérieures avaient permis de découvrir des mécanismes d'auto-correction dans d'autres processus embryonnaires, mais jamais au visage. Ces mécanismes n'avaient pas été analysés mathématiquement pour mettre en lumière la dynamique précise du processus correctif.
Laura Vandenberg, Ph. D., chercheuse postdoctorale au Centre de biologie régénératrice et du développement, a déclaré:

"Ce qui manquait dans les études précédentes - et à notre connaissance, n’avait jamais été fait sur un modèle animal - était de suivre ces changements avec précision et de les comparer quantitativement."

Une telle analyse est essentielle pour obtenir des informations sur les informations générées et manipulées de manière à ce qu'une structure complexe puisse se réorganiser et se réparer.
L'équipe de biologistes a rendu un côté des embryons anormal en injectant un ARNm spécifique dans une cellule au stade de développement à deux cellules, ce qui a induit des anomalies craniofaciales chez les embryons de grenouilles Xenopus.

Ils ont ensuite caractérisé les modifications des structures cranio-faciales en termes de forme et de position, y compris les mâchoires, les yeux, les arcs branchiaux, les capsules otiques et les fosses olfactives en effectuant une «analyse morphométrique géométrique» mesurant la position de 32 repères côtés.
En prenant des images de têtards à intervalles précis, les chercheurs ont observé que les anomalies cranio-faciales (perturbations), en particulier dans les mâchoires et les arcs branchiaux, devenaient moins apparentes à mesure que les têtards vieillissaient. Ils ont également noté que les tissus oculaires et nasaux des têtards étaient devenus plus normaux avec le temps, bien qu'ils aient noté diverses différences dans l'obtention d'une forme et d'une position complètement attendues.
Chez tout bébé animal, il est normal que les traits du visage changent de forme et de position. Lorsque l'animal vieillit, son visage s'allonge et ses yeux, son nez et ses mâchoires se développent, même si le mouvement est généralement assez marginal.
L’équipe a toutefois observé que chez les têtards présentant une malformation grave, un changement dramatique majeur s’était produit dans les structures faciales afin de réparer ces malformations. Ils ont déclaré qu'il semblait que le système était capable de détecter des déviations par rapport à l'état normal et d'effectuer des actions correctives qui n'auraient généralement pas lieu.

"Nous avons été stupéfaits de voir que, bien avant de se métamorphoser et de devenir des grenouilles, ces têtards avaient un visage d'aspect normal. Imaginez les implications d'un animal avec une" anomalie congénitale "sévère qui, avec le temps, peut corriger ce défaut."

Les biologistes déclarent que les résultats étaient compatibles avec un processus d'échange d'informations dans lequel une structure triangule sa distance et son angle par rapport à un point de référence stable. Ils disent que bien que des études supplémentaires soient nécessaires, ils suggèrent d'échanger des «pings», c'est-à-dire des signaux contenant des informations entre un «centre organisateur» comme le cerveau et le réseau neuronal et les structures craniofaciales individuelles.
Les chercheurs soulignent le fait que les malformations congénitales, telles que les fentes labiales, la fente palatine et la microphtalmie, affectent plus de 1 naissance sur 600. De nouvelles approches pour corriger ces anomalies congénitales appartenant à la catégorie des malformations congénitales des structures craniofaciales pourraient potentiellement être corrigées chez l'homme en conduisant d'autres études au niveau moléculaire, ce qui permettrait de mieux comprendre la dynamique de la «fixation du visage».
Levin a conclu:

"Une telle compréhension aurait des implications énormes non seulement pour réparer les anomalies congénitales, mais aussi dans d’autres domaines de la biologie des systèmes et de la complexité. Elle pourrait nous aider à construire des systèmes hybrides de bioingénierie, de biologie synthétique ou régénérative ou des systèmes robotiques entièrement artificiels après les dommages ou reconfigurer leur propre structure pour répondre aux besoins changeants dans un environnement complexe. "

Écrit par Petra Rattue