développement embryonnaire au ralenti

Tout le monde conna?t le chevreuil, on le demande dans de nombreux mots croisés, on le rencontre lors d'un jogging ou d'une promenade en forêt - un animal filiforme, tout juste élégant avec ses grands yeux noirs.

Aussi ordinaire que puisse para?tre le chevreuil dans nos forêts, il présente une particularité unique parmi les animaux porteurs de bois. Après l'accouplement et la fécondation de l'?uf au milieu de l'été, l'embryon de la taille d'une tête d'épingle ne s'implante pas dans l'utérus, mais entre en dormance, appelée diapause embryonnaire. Celle-ci dure plus de quatre mois, jusqu'en décembre. Ce n'est qu'ensuite que l'embryon poursuit son développement à un rythme normal et s'implante dans l'utérus. En mai, après quatre mois et demi de "vraie" gestation, la biche met au monde un à trois faons.

Ce phénomène est connu depuis plus de 150 ans. Pourtant, ce processus inhabituel continue d'intriguer les chercheurs. On conna?t plus de 130 espèces de mammifères dont la diapause est plus ou moins marquée. Cependant, elles durent rarement aussi longtemps que chez le chevreuil. Chez presque aucune autre espèce, l'arrêt complet est remplacé par un ralentissement aussi prononcé et durable. Chez la souris, les scientifiques peuvent déclencher artificiellement la diapause. Mais on ne sait toujours pas quels sont les facteurs naturels qui contr?lent la dormance chez le chevreuil et maintiennent l'embryon en vie.

Le groupe de recherche de Susanne Ulbrich, professeure de physiologie animale à l'ETH Zurich, se penche également depuis longtemps sur l'énigme de la diapause du chevreuil. Dans une nouvelle étude, les chercheurs mettent en évidence les processus moléculaires qui se déroulent dans l'embryon pendant sa dormance : Les cellules embryonnaires continuent à se diviser pendant la diapause, même si c'est très lentement. Le nombre de cellules, y compris les cellules souches embryonnaires, ne double alors que toutes les deux à trois semaines. L'étude vient d'être publiée dans la revue spécialisée PNAS. Outre le groupe de l'ETH, des chercheurs des Universités de Zurich et de Berne ainsi que des instituts de recherche allemands et fran?ais y participent.

?tude des transcrits génétiques et des molécules de signalisation

Pour répondre à la question de savoir ce qui empêche les cellules de l'embryon de se diviser à une vitesse normale, les chercheurs ont d'une part étudié la composition moléculaire du liquide utérin. D'autre part, ils ont examiné de plus près le transcriptome, c'est-à-dire l'ensemble des molécules d'ARN messager, des embryons et des cellules de la muqueuse utérine.

Dans le liquide utérin, les chercheurs ont effectivement trouvé des substances de signalisation qui pourraient réguler la vitesse de division. La sérine, un acide aminé, était particulièrement remarquable. Les chercheurs de l'ETH ont montré que vers la fin de la diapause, la concentration de certains acides aminés dans le liquide utérin change. Le taux de division cellulaire reprend alors à une vitesse normale.

Le complexe moléculaire mTOR, qui réagit aux acides aminés, est également impliqué. Ce complexe protéique joue un r?le décisif dans de nombreuses autres voies de signalisation dans les cellules de mammifères lors de la régulation du métabolisme cellulaire, notamment en relation avec les maladies cancéreuses. mTORC1 régule par exemple la synthèse des protéines et donc la croissance et la division cellulaires.

Selon les nouvelles découvertes, seule l'activité du complexe moléculaire mTORC1 (mais pas mTORC2) est inhibée dans les embryons de chevreuil pendant toute la diapause. Ceci à la différence de la diapause de la souris, chez laquelle la division cellulaire est entièrement stoppée par l'inhibition des deux complexes mTORC.

Lorsque le niveau d'acides aminés dans le liquide utérin augmente nettement vers la fin, cela active mTORC1. Cela déclenche à son tour des gènes du métabolisme et du cycle cellulaire. Le développement embryonnaire est stimulé. Les chercheurs supposent en outre qu'en contrepartie, mTORC2 n'est pas inhibé pendant la diapause des embryons réimplantés, ce qui permettrait de maintenir la lente division cellulaire continue.

Les chercheurs n'ont pas examiné dans cette étude si d'autres molécules de signalisation étaient impliquées en plus des divers acides aminés. On ne sait pas non plus si les acides aminés sont réellement responsables de la poursuite de la maturation embryonnaire ou si l'embryon sécrète lui aussi des molécules qui agissent sur les cellules et les voies de signalisation maternelles. Il se pourrait que l'embryon signale sa présence à l'organisme maternel par des molécules de signalisation spéciales. Ulbrich souhaite combler cette lacune de connaissances dans de futures études.

Un nouvel éclairage sur la biologie de la reproduction

Ces nouvelles découvertes jettent une lumière sur la biologie de la reproduction et du développement en général. L'une des questions fondamentales est de savoir comment une grossesse ou une gestation se produit chez les mammifères. Chez les humains et les bovins, par exemple, les embryons ne peuvent souvent pas s'implanter dans l'utérus et meurent. "Cela est d? à des interactions à plusieurs niveaux entre l'embryon et la mère", explique Ulbrich.

Pour qu'une grossesse soit réussie, il faut une synchronisation étroite. L'embryon doit se manifester au bon moment par des signaux (moléculaires) appropriés et interrompre le cycle de la mère. "Nous voulons mieux comprendre cette interaction entre l'embryon et la mère", explique la professeure de l'ETH. Le chevreuil est un modèle idéal pour cela. Son développement embryonnaire est très similaire à celui de la vache, mais se déroule au ralenti. "Cela nous permet de mieux décomposer les différentes étapes dans le temps et de trouver des liens de cause à effet".

Ces découvertes pourraient également permettre de mieux comprendre le in-vitro-Il est possible d'améliorer la fécondation in vitro chez l'homme de manière à ce que les embryons ne soient plus congelés. De plus, des facteurs naturels permettraient de contr?ler la vitesse de division des cellules, y compris des cellules souches embryonnaires.