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- 31-10-2024
Les nez de nombreux mammifères, tels que les chiens, les furets et les vaches, présentent des sillons formant une multitude de polygones bordés de plis qui collectent les fluides et maintiennent le nez humide. Dans une nouvelle publication publiée la semaine dernière dans Current Biology, le groupe de Michel Milinkovitch analyse en détail comment ces motifs se forment chez l'embryon en utilisant des techniques d'imagerie 3D et des simulations informatiques. Le groupe montre que la croissance différentielle des couches de tissu cutané conduit à la formation de dômes, qui sont mécaniquement soutenus par les vaisseaux sanguins sous-jacents. Ce processus morphogénétique, qu'ils appellent « information positionnelle mécanique », décrit ici pour la première fois, pourrait aider à expliquer la formation d'autres structures biologiques associées aux vaisseaux sanguins.
Le monde vivant est rempli de formes remarquables, dont certaines peuvent être identifiées par leurs motifs de coloration ou leurs motifs 3D. Les zèbres et les guépards, par exemple, peuvent être reconnus par leurs rayures ou leurs taches de peau, tandis que les cônes de pin sont caractérisés par leur organisation en spirale. Ces motifs fascinants sont générés par divers processus morphogénétiques, c'est-à-dire la génération de formes pendant le développement embryonnaire.
D'une part, la morphogenèse auto-organisatrice chimique peut être médiée par des réactions chimiques, comme décrit par le modèle de réaction-diffusion d'Alan Turing, où les substances chimiques se diffusent et interagissent pour créer des motifs relativement réguliers, tels que des rayures, des labyrinthes ou des taches sur la peau de nombreux animaux, y compris les poissons, les reptiles et les mammifères. D'autre part, certaines formes sont le résultat de contraintes mécaniques. Les circonvolutions du cerveau humain, par exemple, sont produites par un processus de croissance différentielle : le cortex forme des plis parce qu'il grandit plus vite que la couche plus profonde à laquelle il est attaché.
Au LANE, l'équipe de Milinkovitch étudie l'évolution des mécanismes de développement qui produisent la complexité et la diversité de la vie. Leur dernière étude se concentre sur le nez des chiens, des furets et des vaches, qui présentent un réseau singulier de structures polygonales. En effet, la peau du rhinarium (nez nu) de nombreuses espèces de mammifères présente un réseau de polygones formés par des sillons dans la peau. En retenant l'humidité, ces sillons maintiennent le nez humide et, entre autres fonctions, facilitent la thermorégulation (par refroidissement évaporatif comme chez les éléphants) et la collecte de phéromones et de molécules odorantes.
Tout d'abord, l'équipe a collaboré avec Aurélien Capitan et Hélène Jammes (Université Paris-Saclay, France), Karine Reynaud (École Nationale Vétérinaire d'Alfort, France) ainsi que Camino De Juan Romero et Victor Borrell (Institut des neurosciences de San Juan de Alicante, Espagne) pour la tâche très importante et complexe de collecter des séries embryonnaires de chiens, de vaches et de furets.
Ensuite, les chercheurs ont effectué une imagerie volumétrique de rhinaires entiers à partir de séquences d'embryons et de jeunes vaches, chiens et furets. Ils ont démontré que les domaines polygonaux rhinaires ne sont pas des appendices cutanés dérivés de placodes, mais qu'ils se forment par un processus mécanique auto-organisé consistant en la croissance contrainte et le plissement de la couche basale épidermique, suivie de la formation de plis épidermiques aigus exactement face à un réseau sous-jacent de vaisseaux sanguins rigides.
Enfin, nos simulations numériques montrent que la contrainte mécanique générée par la croissance excessive de l'épiderme se concentre aux positions des vaisseaux qui forment des points de base rigides, provoquant le déplacement des couches épidermiques vers l'extérieur et la formation de dômes - semblables à des arches qui se dressent contre des piliers rigides. De manière remarquable, cela donne lieu à une plus grande échelle de longueur (la distance entre les vaisseaux) dans le motif de plissement de la surface que ce qui se produirait en l'absence de vaisseaux.
Ces résultats laissent entrevoir un concept d'« information positionnelle mécanique » selon lequel les propriétés matérielles des éléments anatomiques peuvent imposer des contraintes locales à un motif mécanique auto-organisé globalement. De plus, les analyses des motifs rhinaires chez les clones de vaches mettent en évidence un niveau substantiel de stochasticité du pré-modèle des vaisseaux, tandis que les simulations numériques reproduisent également la perturbation du motif de plissement chez les vaches affectées par un trouble héréditaire qui provoque une hyperextensibilité de la peau.
Beaucoup d'informations supplémentaires sont disponibles dans l'article original :
Mechanical positional information guides the self-organized development of a polygonal network of creases in the skin of mammalian noses
Dagenais, Jahanbakhsh, Capitan, Jammes, Reynaud, De Juan Romero, Borrell & Milinkovitch
Current Biology 2024
DOI: 10.1016/j.cub.2024.09.055