Actualité de l'ENS de Lyon

Au cours du développement embryonnaire, les cellules, en se divisant, adoptent des rôles de plus en plus précis dans l’organisme. Dans la plupart des embryons, dont les nôtres, ce processus est reproductible à l’échelle des tissus, mais les comportements des cellules individuelles varient d’un embryon à l’autre. Dans certains embryons cependant, dont ceux d’un petit invertébré marin, l’ascidie Phallusia mammillata, la reproductibilité du développement embryonnaire se fait à l’échelle celullaire : il est possible de nommer chaque cellule et de lui trouver une homologue dans chacun des embryons de l’espèce. Une étude récente a cherché à comprendre la manière dont les embryons contrôlent l’échelle, cellulaire ou tissulaire, à laquelle leur développement est reproductible.

La communication cellulaire est au cœur du processus de développement. Dans les embryons de vertébrés, les cellules ont un comportement très dynamique. Elles peuvent migrer sur de longues distances et changent fréquemment de voisines, des processus qui contribuent à la variabilité des comportements cellulaires entre embryons. Pour communiquer entre elles, elles utilisent principalement des signaux à longue portée, des morphogènes, que l’on pourrait caractériser de “cris”.  Mais que se passe-t-il dans les embryons de Phallusia, quelle est la dynamique des comportements de leurs cellules ? Et comment communiquent-elles entre elles ? La transparence optique de ces embryons a permis de quantifier leur morphogenèse et de décrire un autre mode de communication, plus discret.

Pour cela, les scientifiques ont commencé par enregistrer toutes les deux minutes le développement d’embryons vivants avec un microscope très performant à "feuille de lumière". Pour exploiter ce jeu de données de très grande taille, ils ont créé un logiciel qui détecte automatiquement chaque cellule, reconstruit sa géométrie et mesure sa position et les contacts qu’elle établit avec ses voisines, et ce jusqu’à un stade avancé du développement. Ce travail a confirmé la reproductibilité du développement à l’échelle cellulaire et montré que cette reproductibilité était même observée à l’échelle, subcellulaire, des surfaces de contact établies entre cellules voisines. De plus, les cellules bougent très peu les unes par rapport aux autres.

Pour mieux comprendre l’origine de cette reproductibilité, les auteurs ont enrichi leur description géométrique du développement de l’ascidie avec l’information du type cellulaire et des signaux moléculaires émis par chaque cellule. En intégrant par modélisation mathématique la géométrie embryonnaire avec ces deux nouvelles informations, ils ont montré que les signaux échangés par les cellules ont une très courte portée. A la différence des vertébrés, les cellules des embryons d’ascidies ont donc un comportement statique et figé et la portée de leurs signaux “chuchotés” est très faible.

Cette étude suggère qu’il est possible de construire un embryon sans morphogènes et qu’une forte corrélation existe entre la dynamique des mouvements cellulaires et la portée utile des signaux que les cellules échangent entre elles. En étendant le répertoire des mécanismes de communication cellulaire et en les reliant aux comportements cellulaires, ce travail ouvre de nouvelles perspectives sur la compréhension des stratégies d’auto-organisation des formes vivantes.

Source : Contact-area dependent cell communication and the morphological invariance of ascidian embryogenesis. Guignard L, Fiuza UM, Leggio Laussu Faure E, Michelin G, Biasuz K, Hufnagel L, Malandain G,  Godin C, Lemaire P. Science, 10 juillet 2020.