Droite / gauche : une histoire de coeur

Institut Pasteur - 30/11/2017 10:05:00

1% des nouveau-nés sont touchés par une malformation du coeur, soit environ 8 000 bébés par an en France. 15% de ces malformations ont une cause génétique connue. Mais de nombreuses malformations demeurent inexpliquées. Les malformations affectant l'alignement des chambres cardiaques représentent environ 20% des malformations cardiaques chez l'enfant. Conduits par une chercheuse de l'Inserm, des scientifiques regroupés au sein de l'Institut Pasteur et de l'unité UMR-1163 Institut des maladies génétiques Imagine (Inserm et Université Paris Descartes) située à l'hôpital Necker-Enfant Malades AP-HP sont parvenus à élucider un mécanisme physique impliqué dans le positionnement des quatre compartiments du coeur au stade embryonnaire chez un mammifère. Les chercheurs ont conçu un modèle informatique permettant de reproduire en 3 dimensions le processus de morphogenèse qui transforme le tube cardiaque en hélice, prémices de l'agencement des compartiments cardiaques à droite et à gauche. Ces travaux sont publiés dans eLife le 28 novembre 2017.

Le coeur est un organe qui pompe le sang pour approvisionner le corps en oxygène et le libérer de ses déchets et du dioxyde de carbone. Son côté droit et son côté gauche ont une forme différente afin d'assurer la double circulation du sang des poumons vers tous les autres organes, et inversement. Initialement, le coeur embryonnaire ressemble à un tube relativement droit, puis il forme une boucle, un peu comme l'hélice d'une coquille d'escargot, enroulée dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Cette forme asymétrique est importante pour aligner les chambres cardiaques et séparer les moitiés droite et gauche du coeur, sans lesquelles la double circulation du sang ne peut pas être mise en place. Cette étape de la formation du coeur a lieu durant les 20 à 28 premiers jours de l'embryon humain.

Dans un article publié dans la revue scientifique eLife, le 28 novembre 2017, l'équipe de Sigolène Meilhac, chercheuse Inserm responsable du laboratoire de Morphogenèse du Coeur (Institut Pasteur, Inserm, Université Paris Descartes) a révélé les contraintes mécaniques qui régissent la formation de la boucle cardiaque. En effet, les scientifiques ont montré que l'ébauche de coeur subit deux forces contraires aux extrémités du tube cardiaque, suffisantes pour le tourner et lui donner sa forme asymétrique d'hélice.

C'est au sein d'une équipe pluridisciplinaire composée d'un physicien, de biologistes, et de cardiopédiatres, que les chercheurs ont découvert que ces contraintes, liées à l'attachement du coeur, amplifient des différences entre les cellules qui viennent de la droite ou de la gauche de l'embryon. Ils ont utilisé la microscopie épiscopique à haute résolution et la quantification des images afin de reconstruire les changements de forme en 3 dimensions et décrypter cette étape du développement cardiaque pour la première fois chez un mammifère, la souris. Cette approche innovante leur a permis de concevoir un modèle informatique capable de prédire des variations dans la formation du coeur selon les contraintes physiques ou les différences entre les cellules droites et gauches. Ce modèle informatique peut ainsi reproduire fidèlement des anomalies de forme cardiaque observées in vivo.

Ces avancées seront utiles à une meilleure analyse des anomalies de la morphogenèse cardiaque. « En poursuivant l'étude au niveau des mécanismes génétiques de cette étape de la formation du coeur, nous espérons identifier de nouvelles mutations génétiques et enrichir la connaissance sur l'origine de malformations cardiaques chez les enfants. Ce travail sera rendu possible notamment grâce à la synergie entre la recherche fondamentale conduite à l'Institut Pasteur et la recherche clinique et génétique qui sera menée auprès des patients de l' AP-HP sur le site de l'Institut Imagine (Inserm/Université Paris Descartes/AP-HP) » commente Sigolène Meilhac, auteure principale de l'étude. Ces recherches éclaireront aussi les mécanismes à l'oeuvre dans la formation d'autres organes asymétriques comme les intestins ou les poumons.

A predictive model of asymmetric morphogenesis from 3D reconstructions of mouse heart looping dynamics, eLife, 28 novembre 2017