Des modèles à l’échelle nanométrique révélés au sein d’un organisme de recherche modèle

Les espèces du règne animal présentent des interfaces vitales entre les couches les plus externes de leur corps et l’environnement. Des structures microscopiques complexes – présentes sur les couches externes de la peau humaine, par exemple – sont connues pour s’assembler selon des motifs matriciels.

Mais la manière dont ces structures complexes, connues sous le nom de matrices extracellulaires apicales (aECM), sont assemblées en architectures minutieusement tissées reste une question insaisissable.

Aujourd'hui, après des années de recherche et la puissance d'un instrument technologiquement avancé, des scientifiques de l'Université de Californie à San Diego ont découvert les fondements de ces matrices dans un minuscule nématode. L'ascaris Caenorhabditis elegans a fait l'objet de nombreuses études depuis des décennies en raison de sa structure transparente qui permet aux chercheurs de regarder à l'intérieur de son corps et d'examiner sa peau.

Décrit dans le journal Communications naturelles, les chercheurs de l'École des sciences biologiques ont maintenant déchiffré l'assemblage des modèles aECM chez les vers ronds à l'échelle nanométrique. Un microscope puissant à super-résolution a permis de révéler des modèles inédits liés aux colonnes, appelées entretoises, qui sont essentielles au bon développement et au bon fonctionnement des aECM.

“Les entretoises sont comme de minuscules piliers qui relient les différentes couches de la matrice et servent d'échafaudage”, a déclaré Andrew Chisholm, professeur à la Faculté des sciences biologiques et auteur principal de l'article.

Bien que les vers ronds servent d’organisme modèle pour les études en laboratoire en raison de leur corps simple et transparent, ils présentent sous la surface des architectures complexes. Ils possèdent également près de 20 000 gènes, un nombre comparable au nombre de gènes humains, et fournissent donc des enseignements sur la structure et le fonctionnement d’organismes plus avancés.

En se concentrant sur l'exosquelette des vers ronds connu sous le nom de cuticule, les chercheurs ont découvert que les défauts des entretoises entraînaient un gonflement anormal de la couche, ou des « cloques ». Au sein de la couche cuticulaire, l’étude s’est concentrée sur les collagènes, qui constituent la famille de protéines la plus abondante dans notre corps et aident à maintenir la cohésion des matériaux corporels.

“Les entretoises maintiennent ensemble les couches critiques”, a déclaré Chisholm. “Sans eux, les couches se séparent et provoquent des troubles tels que des cloques. Chez les mutants cloqués, vous ne voyez aucune entretoise.”

Les instruments de laboratoire conventionnels avaient auparavant photographié les entretoises sans détails, ce qui entraînait souvent des taches indéfinies. Mais grâce au laboratoire du professeur adjoint de sciences biologiques Andreas Ernst, ils ont accédé à une instrumentation avancée, connue sous le nom de microscopie à super résolution à illumination structurée 3D (3D-SIM), qui a mis les entretoises au point et a permis de définir plus facilement leurs fonctions. Les chercheurs ont ensuite pu résoudre l’organisation à l’échelle nanométrique des entretoises et des niveaux de structuration jusqu’alors non documentés dans la couche cuticulaire.

“Nous pouvions voir exactement où allaient ces protéines dans la matrice”, a déclaré Chisholm. “C'est potentiellement un paradigme sur la façon dont la matrice s'assemble en structures très complexes et en motifs très complexes.”

Les deux premiers auteurs, Jennifer Adams (associée de recherche principale) et Murugesan Pooranachithra (boursier postdoctoral), ont contribué à parts égales à l'article. Les autres co-auteurs sont Erin Jyo, Sherry Li Zheng, Alexandr Goncharov, Jennifer Crew, James Kramer, professeur de neurobiologie Yishi Jin, professeur adjoint de biologie cellulaire et développementale Andreas Ernst et Andrew Chisholm.