Cette équipe de biologistes de l’École polytechnique fédérale (ETH) de Zurich (Bâle) a décrypté l’ensemble du processus de formation du tube neural chez l’embryon et le fœtus, de la colonne vertébrale au cerveau. Ces travaux, publiés dans les Actes de l’Académie des Sciences américaine (PNAS) révèlent le rôle clé joué par le tissu environnant qui exerce une pression de l'extérieur et apportent une toute nouvelle compréhension de la neurulation – le processus de formation du tube neural et du SNC– et de nouvelles explications au développement d’une anomalie du tube neural, le Spina Bifida.
Chez l'embryon humain, le tube neural se forme entre le 22è et le 26è jour de grossesse. Plus tard, le cerveau et la moelle épinière se développent à partir de ce tube. Le tube neural se forme dans le sens craniocaudal, et lorsqu'une structure tissulaire plate allongée, la plaque neurale, se plie dans le sens de la longueur en forme de U et se ferme pour former un tube. Ce qui déclenche et régule ce développement reste mal compris.
Spina bifida ou tube neural ouvert : dans ces rares cas, les enfants naissent avec une malformation de la colonne vertébrale appelée spina bifida (colonne vertébrale fendue) ou, dans les cas extrêmes, avec un spina bifida aperta (« dos ouvert ») qui nécessite une intervention chirurgicale. Cette prise en charge chirurgicale Sa prise en charge chirurgicale consiste à fermer -et de plus en plus par chirurgie intra-utérine- l'ouverture à l'arrière de la colonne vertébrale du fœtus. La procédure réduit le risque d'incapacité motrice de l'enfant.
C’est aussi pour mieux prévenir ce type d'anomalie congénitale,
que les scientifiques suisses travaillent à mieux comprendre la neurulation.
L’étude : l’équipe du Pr Dagmar Iber, professeur de biologie au Département de bioingénierie de l'ETH révèle le rôle jusque-là ignoré du tissu environnant dans le processus de neurulation. Car si la formation du tube neural est une étape critique du développement embryonnaire et précisément du SNC, dans de rares cas (environ 1 sur 1.000) le tube ne se forme pas complètement.
On sait que les régions au milieu et sur les côtés de la plaque neurale sont fortement incurvées. Ces régions sont appelées « charnières de la plaque neurale ». Jusqu'à présent, les scientifiques supposaient que des signaux biochimiques locaux dans les cellules de la plaque neurale conduisaient à la formation de ces charnières, et qu’elles jouaient un rôle actif dans la formation du tube neural. Cependant, aucune explication à ce jour n’a pu être avancée sur le mécanisme sous-jacent à la localisation de ces charnières neurales.
La modélisation informatique, développée à partir de données d'imagerie, d'embryons humains et de souris, permet aujourd’hui de proposer un modèle de neurulation :
- la plaque neurale ne se plie pas activement,
- la plaque neurale adopte initialement une forme légèrement incurvée pour de simples raisons anatomiques ;
- le tissu situé de part et d'autre de la plaque neurale (ectoderme et mésoderme) se dilate ;
- cette dilatation entraîne une pression latérale sur la plaque neurale et la fait former, mais de manière passive un tube.
Ainsi le processus est aujourd’hui modélisé comme « passif » et induit par l'expansion des tissus environnants. L’implication est que les points charnières, qui ne sont en fait probablement pas des moteurs de la neurulation, pourraient survenir à la suite d'une pression externe.
Selon les chercheurs, le fait que les mécanismes de pression diffèrent dans le haut et le bas du dos pourrait expliquer pourquoi les malformations vertébrales ne se produisent pas avec la même fréquence tout le long du dos. Le spina bifida est en effet plus fréquent dans le bas du dos, où les tissus environnants sont moins dilatés.
Ces travaux illustrent aussi tout l’intérêt des nouvelles techniques de modélisation : les analyses biologiques et génétiques sont insuffisantes pour comprendre un tel effet mécanique. L'objectif reste aussi de mieux prévenir ces anomalies du tube neural. Alors qu’une carence en acide folique et autres substances, favorise ces malformations de la colonne vertébrale, il faudra faire le lien entre ces facteurs biologiques et ces anomalies « mécaniques ».
Source: Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) 13 May, 2022 DOI:10.1073/pnas.2117075119 Hinge point emergence in mammalian spinal neurulation
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