Un nouvel atlas anatomique 3D de la grenouille africaine à griffes améliore la compréhension des processus de développement et de métamorphose

Un atlas anatomique 3D de l’organisme modèle Xenopus laevis (la grenouille africaine à griffes) est désormais disponible pour aider les chercheurs à comprendre le développement embryonnaire et la métamorphose, le processus intrigant par lequel un têtard se transforme en grenouille mature.

Le manque de disponibilité de ce type de données a considérablement limité la capacité d’évaluer et de comprendre ces processus complexes. Pour accroître l’accès et l’interactivité pour les chercheurs, les enseignants en sciences et même les passionnés d’impression 3D, ces données ont été converties en fichiers numériques intégrables librement disponibles pour une visualisation 3D avec Sketchfab et en fichiers d’impression 3D disponibles sur Thingiverse. Ce travail, ainsi que toutes les données disponibles, ont été publiés dans la revue GigaScience.

La grenouille africaine à griffes (Xenopus laevis) est devenue un organisme vertébré modèle bien compris et polyvalent pour les études en biologie du développement et d’autres disciplines en raison de la disponibilité de multiples types de données, depuis les expériences de transplantation fondamentales pour le domaine de l’embryologie au début du XXe siècle jusqu’aux expériences actuelles utilisant une technologie de séquençage du génome de haute qualité.

Cette grenouille facile à élever est particulièrement adaptée aux études sur la réorganisation du plan corporel au cours des grands changements qui se produisent lorsque le têtard se transforme en grenouille adulte, un processus appelé métamorphose. Cependant, pour progresser dans la compréhension de ces processus, il est absolument nécessaire de disposer d’un type de données supplémentaire.

Le Dr Jakub Harnos de l’Université Masaryk (République tchèque), l’un des principaux scientifiques de l’étude, explique qu’il existe « une lacune notable dans la disponibilité d’ensembles de données complets englobant les derniers stades de développement de Xenopus ».

Pour combler ce vide, l’équipe de chercheurs a maintenant fourni ces données manquantes. Les auteurs ont utilisé la microtomographie à rayons X, une technique d’imagerie 3D, pour créer un atlas anatomique afin de décrire plus précisément les différentes étapes du développement de X. laevis. Grâce à une analyse détaillée de leurs reconstructions 3D aux différents stades de développement, les auteurs ont pu identifier les changements clés qui se produisent lors des transformations anatomiques aux stades allant du têtard à la petite grenouille jusqu’à l’adulte mature.

Un exemple frappant des changements de forme qui peuvent être suivis en détail grâce à ces nouvelles données à haute résolution est l’ajustement de la position des yeux de la grenouille en développement et le moment exact de ce changement. Au fur et à mesure du développement, la distance entre les yeux diminue progressivement.

« Cette adaptation s’aligne bien avec la stratégie de vie de la grenouille, passant d’un têtard vivant dans l’eau avec des yeux latéraux à un adulte avec des yeux positionnés sur le dessus de la tête pour un mode de vie submergé, rappelant les crocodiliens », notent les auteurs.

L’intestin de la grenouille subit également un remodelage important au cours de la métamorphose. Sur une période de 8 jours, l’intestin se raccourcit d’environ 75 % et le motif d’enroulement change radicalement. Ce processus, difficile à étudier avec d’autres méthodes, peut être suivi en détail grâce à la microtomographie à rayons X réalisée par les chercheurs.

D’autres faits anatomiques mis en valeur en haute résolution spatiale et temporelle par le nouvel atlas 3D sont les différences entre les grenouilles mâles et femelles (les femelles finissent par être plus grandes, dans l’ensemble) et le positionnement très subtil des dents de X. laevis, qui sont cachées derrière l’arcade maxillaire.

« Notre étude fournit toutes les données de microtomographie à rayons X de manière ouverte, permettant à d’autres chercheurs d’étudier les tissus mous et durs avec un niveau de détail sans précédent dans ce modèle vertébré clé », souligne le Dr Harnos.

Pour permettre aux scientifiques, aux enseignants et à la communauté de l’impression 3D d’accéder facilement à des modèles imprimables, une collection de 40 modèles 3D rendus de surface issus de l’atlas anatomique de Xenopus laevis est disponible sur la plateforme de conception Thingiverse. Des modèles numériques intégrables peuvent également être téléchargés à partir du site Web Sketchfab et sont consultables dans le document de recherche.