Des vortex de ma fille à l'asymétrie miroir

La photo ci-dessous illustre une particularité amusante de ma fille : l’implantation de ses cheveux est à peu près symétrique.

On peut constater la présence de deux « vortex » (ou tourbillons) de cheveux, se rencontrant au sommet de son crâne pour former une petite crête de cheveux très mimi.

Ma fille est une exception : comme je le disais dans ce billet déjà ancien , la plupart des gens n’ont qu’une seule spirale de cheveux au sommet du crâne, et environ 90% des gens ont une implantation dans le sens des aiguilles d’une montre. Cependant, il se trouve aussi qu’il y a corrélation entre l’orientation de la spirale et la latéralité : chez les gauchers, la proportion de spirales dans le sens des aiguilles d’une montre tombe à 56%. Cela signifie-t-il que ma fille sera ambidextre ? En tous cas, elle se sert beaucoup de sa main gauche.

Tout cela pose la question de la symétrie et de l’asymétrie entre les parties gauches et droites du corps. Problème biologique fascinant : membres et aspects extérieurs sont à peu près symétriques, alors que les organes internes sont asymétriques. Comment tout cela se met-il en place au cours du développement ?

Si la question la plus mystérieuse à mon sens reste celle de la symétrie du corps (notamment comment elle est maintenue au cours du développement), beaucoup de travaux se sont penchés sur les mécanismes derrière l’asymétrie interne. La brisure de symétrie gauche-droite est très précoce au cours du développement. L’une des premières manifesations claires est l’expression de gènes spécifiques au côté gauche, tels que le bien nommé gène Lefty, ou encore Nodal dont on voit l’expression ci-dessous sur plusieurs embryons de différents animaux (image tirée de pharyngula)

Si les choses ne sont pas encore très claires, il semble néanmoins que les mécanismes de mise en place de cette asymétrie gauche-droite soient essentiellement physiques. Une première hypothèse pour la stabilisation du système Lefty Nodal, serait un mécanisme de réaction-diffusion, type mécanisme de Turing [Solnica-Krezel, 2003]. Mécanisme simple en théorie probablement utilisé par l’évolution plusieurs fois dans des formations de motifs biologiques tout à fait différents [1].

Cependant, si un tel mécanisme explique l’émergence et le maintien durable de cette asymétrie (au niveau des expressions génétiques), il n’explique pas comment l’orientation interne est toujours plus ou moins la même d’un individu à l’autre – ainsi avons-nous quasiment tous notre coeur à gauche.
Cette brisure de symétrie primordiale est elle aussi définie lors du développement, et deux mécanismes physiques possibles ont été décrits :
– la mise en place précoce d’une circulation asymétrique de fluide dans l’embryon. Par exemple, chez le poisson-zèbre, on a pu observer et étudier un tourbillon de fluide dans une petite vésicule appelée vésicule de Kupffer. C’est le sens de ce tourbillon (vers la gauche ou vers la droite) qui déterminerait la future symétrie interne, en concentrant certaines protéines d’un côté de l’embryon. Ce tourbillon de fluide est contrôlé par des rotations de petits cils à l’intérieur de cette vésicule (on peut voir une vidéo des cellules ciliées chez la souris )
– de façon encore plus précoce, une série d’expériences fascinantes a montré comment l’asymétrie gauche droite était influencée par un flux d’ions hydrogènes et potassium à l’intérieur de l’embryon, créant ainsi une différence de potentiel entre la gauche et la droite [Levin et al.,2002]. Ce flux d’ions (et donc le champ électrique associé) se mettrait en place dès les premières divisions cellulaires dans l’embryon !

Plus tard au cours du développement, des mécanismes se mettent en place pour renforcer ou au contraire annihiler cette asymétrie gauche-droite définie précocement. Par exemple, on pense que l’asymétrie droite-gauche est compensée par certains mécanismes moléculaires pour assurer un développement bien symétrique : on a pu montrer qu’ en supprimant dans l’embryon l’action d’une molécule appelée acide rétinoique, les vertèbres poussent plus vite d’un côté que de l’autre, aboutissant à des embryons tordus [Vermot et Pourquié, 2005]! J’avais également parlé il y a deux ans de ces asymétries étranges dans les organes vestigiels des mammifères marins : les « jambes » vestigielles de gauche sont bien plus grandes que celles de droite.

La symétrie gauche-droite est donc un problème tout à fait fascinant, et plein de jolies questions à l’interface physique biologie. Je trouve tout à fait amusant par exemple de penser que c’est un tourbillon de fluide à l’interieur de l’embryon qui détermine l’asymétrie gauche-droite, qui se traduit in fine par une implantation en tourbillon des cheveux au sommet du crâne ! Il faut dire que par « essence », une chiralité, c’est physiquement une orientation de tourbillon. Mais par quel mécanisme peut bien se former ce tourbillon de pilosité crânienne ? Pourquoi ma fille en a-t-elle deux ? Mystère total …

Références :

Solnica-Krezel L. (2003) Vertebrate development: taming the nodal waves. Curr Biol. 13(1):R7-9.

Nonaka S, Yoshiba S, Watanabe D, Ikeuchi S, Goto T, et al. (2005) De novo formation of left–right asymmetry by posterior tilt of nodal cilia. PLoS Biol 3(8): e268.

Levin M, Thorlin T, Robinson KR, Nogi T, Mercola M. (2002) Asymmetries in H+/K+-ATPase and cell membrane potentials comprise a very early step in left-right patterning. Cell. 111(1):77-89.

Vermot J, Pourquié O. (2005) Retinoic acid coordinates somitogenesis and left-right patterning in vertebrate embryos.Nature.435(7039):215-20.

[1] c’est probablement ce qui se passe dans les formations des plumes décrites par Taupo dans ce billet, avec le système Shh/Bmp en lieu et place de Lefty/Nodal . Il est intéressant de noter d’ailleurs que c’est un exemple potentiel de convergence évolutive pour des mécanismes de stabilisation de « patterns ». Les contraintes physiques sur l’évolution, ce n’est pas que la gravité et l’utilisation des atomes, c’est aussi que des programmes de développement peuvent avoir des similarités parce qu’il n’y a pas 36 000 manières physiques de faire des structures auto-organisées.

5 réflexions au sujet de « Des vortex de ma fille à l'asymétrie miroir »

  1. Nous pouvons également se poser la question de l’asymétrie de façon plus globale, du niveau moléculaire (la chiralité d’une molécule) au niveau pluricellulaire (sens d’orientation de la coquille des escargots et autres bébêtes du même genre) en passant par des phénomènes physiques (orientation du vent, sens des orbites des planèes) mais peut être que je vois trop large ?
    😉

    • Oui, certes, mais là c’est plus compliqué…. c’est comme un escargot à deux spirales (et donc deux maisons…?). On change de groupe de point, la fille de Tom Roud n’est pas chirale, alors que toi, moi on l’est c’est ça qui est étrange.

      Mais bon, elle a une crète elle du coup, c’est plus mignon.

      La blonde

  2. Fascinant ces histoires d’asymétrie dans la nature… C’est comme la chiralité des molécules du vivant: acides aminés et sucres toujours orientés dans le même sens dans le vivant alors qu’en laboratoire les deux formes sont équivalentes.

    Pour l’embryon je me suis toujours demandé s’il la « brisure » de symétrie n’avait pas lieu avant la première division cellulaire; après tout, la gravité et l’endroit où le spermatozoïde pénètre dans l’ovule orientent immédiatement la première cellule, selon des axes privilégiés non?

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *