Le rôle de FGF et ERK dans le développement embryonnaire précoce

Le blastocyste est une structure super importante qui se forme pendant la première semaine du développement humain. Il joue un rôle crucial dans comment l'embryon se développe et finit par former différents tissus dans le corps. Dans les premières étapes, les cellules de l'embryon décident quel type de cellules elles vont devenir. Ce processus sépare les cellules qui formeront l'embryon (l'épiblaste) de celles qui formeront des tissus extra-embryonnaires (le trophoblaste et l'hypoblaste). Si ce processus se passe mal, ça peut conduire à des problèmes comme une fausse couche. On estime que plus de la moitié des grossesses naturelles se terminent avant la cinquième semaine, souvent à cause de soucis durant cette étape.

Malgré l'importance du blastocyste pour la santé humaine et la recherche sur les cellules souches, les scientifiques ne comprennent toujours pas complètement comment ces premières décisions cellulaires se prennent. Pour en savoir plus, des chercheurs ont étudié comment les cellules communiquent entre elles durant cette période critique.

#Le rôle des FGF dans les décisions de destinée cellulaire

Les Facteurs de Croissance des Fibroblastes (FGF) sont connus pour influer sur le développement des cellules dans la masse cellulaire interne (ICM) du blastocyste. Ce processus est observé chez divers mammifères, y compris les souris, les vaches, les porcs et les lapins. Chez les souris, les cellules ICM expriment une protéine appelée NANOG, qui déclenche la production d'une autre protéine appelée FGF4. Ce FGF4 envoie ensuite un signal de retour aux cellules ICM via des récepteurs spécifiques pour les aider à décider si elles vont devenir des cellules épiblaste ou hypoblaste.

Quand le FGF4 est actif, il promeut la formation de cellules Hypoblastes tout en réduisant le nombre de cellules épiblastes. Ce signalement affecte aussi d'autres marqueurs, indiquant quel type de cellule est en cours de formation. Ces découvertes ont également aidé les scientifiques à créer des cellules souches en laboratoire qui ressemblent beaucoup à la stade précoce du blastocyste. Cependant, des études ont montré que bloquer le signalement FGF ne semble pas avoir d'impact sur la formation d'hypoblastes chez les embryons humains.

#Enquête sur la communication cellulaire chez les embryons humains

Des études récentes ont montré que le signalement FGF et un autre chemin appelé PI3K sont impliqués dans le développement des cellules souches humaines. On a découvert que les cellules hypoblastes dans les cellules souches humaines ont besoin du signalement FGF pour se différencier correctement. Les chercheurs ont constaté que bloquer le signalement FGF n'affectait pas négativement les cellules souches comme on l'attendait, ce qui suggère un environnement de signalement plus complexe chez les embryons humains par rapport à d'autres espèces.

Pour déterminer exactement comment les signaux FGF impactent la formation de cellules hypoblastes chez les embryons humains, les chercheurs ont expérimenté avec différentes concentrations de FGF4 sur des blastocystes humains. Ils ont observé qu'en augmentant la concentration de FGF4, plus de cellules hypoblastes se formaient alors que le nombre de cellules épiblaste diminuait.

#L'impact du signalement ERK

Les FGF peuvent activer plusieurs voies dans les cellules, dont une appelée signalement ERK. Cette voie a été identifiée dans des blastocystes humains, et les chercheurs ont voulu explorer son rôle durant la différenciation cellulaire. Ils ont trouvé que ce signalement est actif dans tous les types de cellules au sein du blastocyste, y compris les cellules épiblaste, hypoblaste et trophoblaste.

Lorsque les chercheurs ont bloqué le signalement ERK, ils ont remarqué que la formation d'hypoblastes était considérablement altérée. Dans les embryons traités, il y avait presque pas de cellules hypoblastes, et l'ICM était principalement composé de cellules épiblastes. Cela a indiqué que le signalement ERK est crucial pour maintenir l'équilibre entre ces différents types de cellules dans les premières étapes du développement embryonnaire.

Les chercheurs ont confirmé ces résultats en traitant des embryons humains avec un inhibiteur spécifique qui bloque l'activité ERK. Les résultats ont montré qu'en l'absence de signalement ERK, les cellules hypoblastes ne pouvaient pas se former, et les embryons se retrouvaient avec une prédominance de cellules épiblastes.

#Changements dans l'expression génétique

Après le blocage du signalement ERK, les chercheurs ont trouvé que la transcription de plusieurs gènes liés aux états hypoblastes et pluripotents avait changé. Certains gènes associés au précurseur hypoblastique, comme GATA4 et GATA6, étaient régulés à la baisse, tandis que des gènes liés à la pluripotence, comme SOX2 et NANOG, étaient maintenus ou même augmentés.

Pour mieux comprendre les différences dans l'expression génétique, les chercheurs ont effectué un séquençage d'ARN sur les embryons traités et témoins. Ils ont trouvé que de nombreuses voies de signalement liées aux FGF et ERK montraient une expression altérée dans les cellules manquant d'activité ERK. Ces changements indiquaient que les cellules avaient évolué vers un état épiblaste plus immature, semblable à celui des étapes de développement plus précoces.

#Dérivation de cellules souches humaines naïves

Pour tester la puissance des cellules épiblaste après l'inhibition d'ERK, les chercheurs ont essayé de dériver des cellules souches embryonnaires humaines naïves (HESC) à partir d'embryons traités. Les hESC naïves ressemblent à l'épiblaste du blastocyste précoce et ont le potentiel de se développer en divers types de cellules.

Après avoir traité des blastocystes humains de jour 6, les chercheurs ont pu dériver plusieurs lignées stables de hESC naïves à partir des embryons témoins et ceux traités avec l'inhibiteur ERK. Les cellules dérivées des embryons traités avec l'inhibiteur ERK exprimaient plusieurs marqueurs associés à la pluripotence naïve, confirmant leur potentiel à se développer en divers types de cellules dans le corps.

#Comparaison entre espèces

Les résultats de cette étude suggèrent que le rôle des FGF et ERK dans la direction des destins cellulaires humains pourrait être un mécanisme conservé à travers différentes espèces. Alors que des recherches antérieures ont montré des réponses variées chez d'autres mammifères lors du blocage des voies liées à la formation d'hypoblastes et d'épiblaste, la compréhension de la façon dont ces voies fonctionnent chez les humains ajoute une nouvelle couche de complexité.

Il est nécessaire de mener des recherches futures pour explorer les ligands spécifiques qui déclenchent ces activités de signalement chez l'embryon humain. Il pourrait également y avoir d'autres voies impliquées, qui pourraient travailler aux côtés du signalement FGF pour influencer les décisions de destin cellulaire lors du développement embryonnaire précoce.

#Conclusion

En résumé, la recherche souligne le rôle critique que jouent les voies de signalement FGF et ERK dans les premières étapes du développement embryonnaire humain. En démontrant que le FGF4 promeut la formation d'hypoblastes tandis que le signalement ERK maintient l'équilibre entre les cellules épiblastes et hypoblastes, l'étude offre des aperçus précieux sur les processus de différenciation cellulaire précoces. La capacité de dériver des cellules souches humaines naïves à partir d'embryons traités avec des inhibiteurs d'ERK ouvre de nouvelles avenues pour la recherche sur la biologie des cellules souches et le développement humain. Comprendre ces mécanismes est essentiel non seulement pour la biologie du développement, mais aussi pour des applications futures potentielles en médecine régénérative et en traitements de fertilité.