Mécanisme de commande pour motif biologique Formation décodée
Une équipe de chercheurs de Fribourg ont révélé le mécanisme moléculaire qui
Comment les structures embryonnaires simples capables de produire les manifestations variées et complexes de la nature vivante? Les scientifiques de Fribourg ont identifié des protéines qui régulent le modèle de formation de cheveux chez la souris. Ils ont découvert que les protéines produites par la peau, les Wnt, qui sont essentiels pour l'induction des follicules pileux, ainsi que des inhibiteurs dits DKK contrôlent l'espacement des follicules. En utilisant un modèle mathématique basé sur les réactions des protéines et des diffusions, les chercheurs ont été en mesure d'expliquer la dynamique et les paramètres de la formation des cheveux et de fournir pour la première fois la confirmation expérimentale de l'hypothèse de Turing de formation de motif biologique.
Comme la peau arrive à maturité, une séquence bien ordonnée des processus moléculaires conduit à la création de différentes structures épidermiques, y compris les follicules pileux de mammifères et les follicules des plumes d'oiseaux. Une caractéristique particulière de ces follicules est leur distribution spéciale caractéristique et densité. Des molécules de signalisation de la famille Wnt jouent un rôle dominant parmi les substances qui sont impliquées dans l'induction et la maturation des follicules. Si ces protéines ne remplir leur fonction, alors il n'y a pas d'indications morphologiques ou moléculaires de formation de motif à tous. L'effet de Wnt est régulé par des inhibiteurs de la famille des couronnes de protéines, entre autres. Ceux-ci sont également produits au cours de l'induction follicule.
Une explication possible pour la création de modèles biologiques a été offerte au cours des années 1950 par le mathématicien anglais Alan Turing, qui est également connu pour sa participation à décoder le code allemand Enigma pendant la Seconde Guerre mondiale et ses travaux fondamentaux sur la théorie de l'ordinateur. Sur la base de considérations purement théoriques, Turing a proposé un mécanisme de réaction et la diffusion entre les deux substances chimiques. En utilisant les mathématiques, il a prouvé qu'un tel système simple pourrait produire une multitude de motifs. Si une substance, l'activateur, lui-même et un inhibiteur produit, alors que l'inhibiteur décompose ou inhibe l'activateur, un schéma de distribution spontanée de substances sous forme de rayures et de patchs peuvent être créé. Une exigence essentielle est que l'inhibiteur peut être distribué plus rapidement grâce à la diffusion de l'activateur, ce qui stabilise la distribution irrégulière. Ce genre de dynamique pourrait déterminer l'agencement des structures corporelles périodiques et le modèle de marques de fourrure.
Les biologistes de l'Institut Max Planck d’immunobiologie à Fribourg, en collaboration avec des physiciens et des mathématiciens théoriques à l'Université de Fribourg, ont pour la première fois fourni la preuve expérimentale de l'hypothèse de Turing de formation de motif. Ils ont réussi à identifier les substances qui déterminent la répartition des follicules pileux chez les souris. Adopter une approche biologique du système, qui reliait les résultats expérimentaux avec des modèles mathématiques et des simulations informatiques, ils ont pu montrer que les protéines de la famille WNT et DKK jouent un rôle crucial dans le contrôle de la disposition spatiale des follicules pileux et satisfaire aux exigences théoriques du Turing hypothèse de formation de motif. Conformément aux prédictions du modèle mathématique, la densité et la disposition des follicules pileux changent avec augmenté ou réduit l'expression des protéines WNT et DKK .
En plus de l'importance fondamentale pour la compréhension de la formation de structures biologiques, ces résultats constituent la base pour expliquer en détail le processus de formation des cheveux, en tenant compte d'autres facteurs qui travaillent vraisemblablement en contrôlant la Wnts et DKKs. En ce qui concerne le rôle général des signaux WNT dans la création de structures épidermiques est concerné, l'étude actuelle pourrait être d'importance à long terme pour la production in vitro de la peau appropriée pour les transplantations.