Comment un minuscule amas de cellules devient-il un embryon avec une tête, un tronc et une queue ? Et comment des milliers de gènes coordonnent-ils ce développement ? Une nouvelle technique d’imagerie permet désormais de visualiser l’activité de milliers de gènes simultanément dans l’ensemble de l’embryon de poisson-zèbre. Grâce à cette technologie, une équipe de recherche de l’Université de Bâle a créé un atlas de tous les gènes et cellules qui participent au développement de l’amas cellulaire en embryon.
L’interaction entre les gènes et les cellules au cours du développement de l’ovule fécondé à l’embryon est extrêmement complexe. Jusqu’à présent, les méthodes n’enregistraient l’activité des gènes que sur des coupes bidimensionnelles. De ce fait, une représentation de l’embryon entier n’était pas possible et la résolution spatiale restait limitée. De plus, les modèles subcellulaires ne sont souvent pas reconnus de cette manière.
Une nouvelle méthode permet désormais à l’équipe de recherche d’Alex Schier au Biocentre de l’Université de Bâle de visualiser l’activité de milliers de gènes dans l’ensemble de l’embryon et de les associer à la maturation et aux mouvements cellulaires. Le résultat est un atlas complet du développement embryonnaire précoce et fournit de nouvelles informations sur la manière dont les gènes et les cellules façonnent l’embryon en croissance.
Un atlas 4D des gènes et des cellules
une question centrale est de savoir comment des milliers de gènes travaillent ensemble dans un embryon et comment leur activité est liée au mouvement des cellules’, explique le Dr Yinan Wan, premier auteur. Pour répondre à cette question, l’équipe de Schier a développé une nouvelle technologie d’imagerie appelée weMERFISH. Elle permet de mesurer directement l’activité de près de 500 gènes dans des tissus entiers avec une résolution subcellulaire.
C’est sur la base de ces mesures que les chercheurs ont établi leur atlas du développement précoce de l’embryon. en combinant les données antérieures de cellules individuelles avec nos mesures de l’activité des gènes, nous avons pu calculer les modèles spatiaux de milliers de gènes ainsi que l’activité d’environ 300’000 régions régulatrices potentielles’, explique Wan. Les données sont librement accessibles via la plateforme web ’Merfisheyes’. l’atlas est conçu comme une ressource pour les biologistes du développement du monde entier", poursuit Wan.
Quand le temps devient visible dans l’espace
Les prises de vue ne fournissent pas seulement des images statiques, mais permettent également de tirer des conclusions sur les processus spatiaux et temporels. Ainsi, lors de la formation de la queue, les chercheurs ont observé que les cellules sont disposées le long de l’axe du corps selon une succession de stades de développement : A l’extrémité de la queue se trouvent des cellules souches immatures, plus en avant des cellules de plus en plus matures comme les cellules musculaires. d’une certaine manière, on peut voir le temps dans l’espace", explique Wan.
’De plus, nous avons été surpris de constater que les changements dans l’activité des gènes sont en corrélation avec la maturation et la migration des cellules dans l’embryon et que la dynamique de l’expression des gènes est donc liée aux mouvements morphogénétiques’.
Des frontières nettes sans tri des cellules
A l’aide de l’atlas, les chercheurs ont également pu expliquer comment se forment des frontières claires entre différents tissus, par exemple entre les tissus musculaires et les tissus de la colonne vertébrale. Ils ont découvert une zone de cellules dans laquelle l’activité de nombreux gènes varie fortement et diffère d’un côté à l’autre du tissu.
La comparaison entre les premiers stades de développement et les stades ultérieurs a montré que ces gènes sont d’abord actifs des deux côtés, mais que plus tard, ils ne le sont plus que d’un seul côté. De plus, il n’y a guère de cellules qui franchissent cette frontière. ’Ces frontières ne sont pas dues au fait que les cellules se mélangent et se trient ensuite, mais surtout au fait que les cellules modifient leur programme génétique’, explique Alex Schier, chef du groupe de recherche.
Une base pour de futures études
Avec weMERFISH, l’atlas ’Merfisheyes’ et l’intégration de l’imagerie en direct, la recherche dispose désormais d’un nouvel outil. Il permet d’analyser conjointement l’activité des gènes, la régulation des gènes et les mouvements cellulaires dans l’ensemble de l’embryon.
À l’avenir, l’équipe d’Alex Schier souhaite étudier d’autres stades de développement afin de compléter l’image du développement précoce des vertébrés. a long terme, nous voulons comprendre quelles combinaisons d’activité génétique et de comportement cellulaire sont nécessaires pour former un organe ou un tissu donné’, explique Schier. un jour, nous pourrions découvrir de combien de façons un c½ur ou une moelle épinière se développent".
Publication originale
Yinan Wan et al.
Whole-embryo Spatial Transcriptomics at Subcellular Resolution from Gastrulation to Organogenesis.
Science (2026), adt3439
