L’embryon de la mouche drosophile est observé au microscope pendant sa transformation en larve. Des molécules de signalisation attribuent à chaque cellule (points blancs) le rôle qui lui revient. | Photo: Philipp Keller/Howard Hughes Medical Institute

Comment un amas de cellules finit-il par s’agencer en un organisme complexe? L’embryon fascine l’humanité au moins depuis  l’Antiquité. Plusieurs siècles avant notre ère, d’anciens textes indiens proposaient déjà une description étonnamment précise: «Après sept nuits, il ressemble à une bulle, et en deux semaines, il devient une boule.» Il faudra attendre la seconde moitié du XXe siècle pour que la science commence à décortiquer le phénomène au niveau cellulaire.

Dans cette quête, la découverte des morphogènes a représenté une étape cruciale. Ces molécules jouent un rôle central dans la formation de l’embryon: elles indiquent aux cellules en quel type se spécialiser – foie, os, peau ou neurones – et déterminent en grande partie leur organisation spatiale. A l’Université de Bâle, Markus Affolter étudie un morphogène appelé DPP chez la mouche drosophile. Il a mis au point une méthode pour neutraliser certains de ses effets avec des nanoparticules. Il peut ainsi mieux comprendre son fonctionnement.

Une fausse note mène à la malformation

«Le mécanisme de DPP est conservé chez les vertébrés, dont l’humain, avec le morphogène BMP-2, lequel est substituable et pratiquement identique à DPP», explique le chercheur. Mais la drosophile reste le modèle de choix pour étudier le rôle de la molécule dans la formation de l’embryon, notamment parce qu’il ne faut que dix jours à un oeuf fertilisé pour former un adulte.

Identifié à la fin des années 1980, DPP est impliqué dans des mécanismes d’une intrication extrême et la communauté scientifique est encore loin d’avoir percé tous ses secrets. Il est sécrété à des lieux et des moments précis pendant la formation de l’embryon et agit de concert avec d’autres molécules. Une véritable partition, où la moindre variation est susceptible de générer une fausse note: une malformation.

Des nanoparticules manipulent les processus

Markus Affolter se penche notamment sur un paramètre qui contrôle en grande partie l’effet de DPP: sa concentration locale. La quantité de DPP diminue à mesure qu’on s’éloigne des cellules émettrices, regroupées en des endroits déterminés. Il se forme ainsi des dégradés de DPP. Plus les cellules réceptrices sont éloignées, moins elles sont exposées. Comme les variations de concentration induisent des effets différents, chaque cellule, selon sa position, reçoit la dose requise pour une formation normale de l’embryon.

Grâce à des nanoparticules, Markus Affolter et ses collègues ont réussi pour la première fois à manipuler directement ces dégradés dans un embryon de mouche en formation. Certaines nanoparticules préviennent la dispersion de DPP – donc la formation d’un dégradé. D'autres particules en neutralisent l’effet. Apparemment,  les dégradés de concentration de DPP jouent un rôle déterminant dans la formation de l’arrière de l’aile de la drosophile, mais ont peu, voire aucune influence sur sa partie à l’avant.

«Notre nouvel outil permet de modifier l’action d’une molécule directement dans un organisme vivant.»Markus Affolter

«Jusqu’à maintenant, les scientifiques ont principalement travaillé en induisant des mutations génétiques sur les drosophiles, d’abord avec des rayons X, puis de manière plus ciblée avec Crispr (des ciseaux moléculaires, ndlr), explique Markus Affolter. Avec nos nanoparticules, nous introduisons un nouvel outil, qui permet de modifier l’action d’une molécule directement dans un organisme vivant pour mieux comprendre l’effet des dégradés de morphogènes.»

Le rôle des morphogènes ne se résume pas à la biologie fondamentale. Ces mêmes molécules sont encore sécrétées après l’embryogenèse, par exemple pour régénérer les tissus endommagés ou réguler la prolifération cellulaire. Un morphogène du nom de Wingless, qui interagit avec DPP dans la formation des ailes de la drosophile, est ainsi impliqué dans de nombreux cancers chez l’humain – du colon, du sein et de la peau, notamment. Ce morphogène est aujourd’hui la cible de plusieurs thérapies expérimentales. Des avancées que l’on doit à la modeste mouche drosophile, rappelle Markus Affolter.

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