Une étude, dont les résultats intitulés «Contact area–dependent cell communication and the morphological invariance of ascidian embryogenesis» ont été publiés dans la revue Science, a permis de présenter une reconstruction systématique au cours du temps de la géométrie et de l’arrangement des cellules des embryons d’un petit invertébré marin. Ce travail démontre ainsi que le processus de développement est très fortement reproductible à l'échelle de la cellule entre embryons.

Relevons tout d'abord qu'au cours du développement embryonnaire, «les cellules, en se divisant, adoptent des rôles de plus en plus précis dans l’organisme». Ce processus, «dans la plupart des embryons, dont les nôtres», est «reproductible à l’échelle des tissus, mais les comportements des cellules individuelles varient d’un embryon à l’autre».

Néanmoins, dans certains embryons, «dont ceux d’un petit invertébré marin, l’ascidie Phallusia mammillata, la reproductibilité du développement embryonnaire se fait à l’échelle celullaire» de sorte qu'il «est possible de nommer chaque cellule et de lui trouver une homologue dans chacun des embryons de l’espèce». Dans ce contexte, l'étude ici présentée «a cherché à comprendre la manière dont les embryons contrôlent l’échelle, cellulaire ou tissulaire, à laquelle leur développement est reproductible».

En réalité, «la communication cellulaire est au cœur du processus de développement»: en particulier, dans les embryons de vertébrés, les cellules, qui «ont un comportement très dynamique», peuvent migrer sur de longues distances et changer fréquemment de voisines, «des processus qui contribuent à la variabilité des comportements cellulaires entre embryons».

Ces cellules utilisent principalement pour communiquer entre elles «des signaux à longue portée, des morphogènes, que l’on pourrait caractériser de 'cris'». Il se pose alors la question de savoir ce qui se passe dans les embryons de Phallusia. Justement, cette étude a pu, grâce à la transparence optique de ces embryons «de quantifier leur morphogenèse et de décrire un autre mode de communication, plus discret».

Concrètement, ce travail a «commencé par enregistrer toutes les deux minutes le développement d’embryons vivants avec un microscope très performant à 'feuille de lumière'». Puis, «pour exploiter ce jeu de données de très grande taille», un logiciel «qui détecte automatiquement chaque cellule, reconstruit sa géométrie et mesure sa position et les contacts qu’elle établit avec ses voisines, et ce jusqu’à un stade avancé du développement» a été créé.

La reproductibilité du développement à l’échelle cellulaire a été ainsi confirmée et il est apparu «que cette reproductibilité était même observée à l’échelle, subcellulaire, des surfaces de contact établies entre cellules voisines». En outre, il a été constaté que «les cellules bougent très peu les unes par rapport aux autres».

Cette description géométrique du développement de l’ascidie a été enrichie «avec l’information du type cellulaire et des signaux moléculaires émis par chaque cellule». Une modélisation mathématique intégrant la géométrie embryonnaire avec ces deux nouvelles informations a indiqué «que les signaux échangés par les cellules ont une très courte portée». Autrement dit, à la différence des vertébrés, les cellules des embryons d’ascidies ont «un comportement statique et figé et la portée de leurs signaux “chuchotés” est très faible».

Au bout du compte, «cette étude suggère qu’il est possible de construire un embryon sans morphogènes et qu’une forte corrélation existe entre la dynamique des mouvements cellulaires et la portée utile des signaux que les cellules échangent entre elles». Ce travail, qui étend «le répertoire des mécanismes de communication cellulaire» en «les reliant aux comportements cellulaires», ouvre ainsi «de nouvelles perspectives sur la compréhension des stratégies d’auto-organisation des formes vivantes».