Pourquoi les poils apparaissent-ils à certains endroits du corps plutôt qu'à d'autres?

Un mécanisme biologique qui pourrait expliquer comment la disposition des follicules pileux se dessine dès le développement embryonnaire chez les mammifères a été mis au jour par des chercheurs suisses de l'Université de Genève (UNIGE).

Il était déjà connu que les follicules pileux, qui forment des motifs géométriques plus ou moins complexes selon l’espèce, apparaissent dès le développement de l’embryon.

Mais les biologistes ignoraient encore comment ces emplacements étaient déterminés.

Les chercheurs Athanasia Tzika et Michel Milinkovitch et leur équipe ont établi qu’un mécanisme, intégré à un modèle mathématique, permet de reproduire les dynamiques de formation des follicules pileux chez deux espèces de rongeurs.

Poils 101

• Le corps humain possède en moyenne 5 millions de follicules pileux (qui produisent les poils).
• Les follicules pileux commencent à se former dès les premières semaines du développement embryonnaire.
• Seulement trois zones du corps ne possèdent pas de poils : la paume des mains, la plante des pieds et les lèvres.

Les poils se dévoilent

Chez l’ensemble des mammifères, les poils se développent à partir de structures embryonnaires qu’on appelle placodes. La manière dont ces structures s’organisent les unes par rapport aux autres n’était pas clairement comprise.

Jusqu’à aujourd’hui, le modèle d’expansion/induction était privilégié par les biologistes pour expliquer cette distribution chez la souris de laboratoire (Mus musculus).

Ce modèle prédit qu’une placode nouvellement formée produit une molécule qui empêche l’apparition d’autres placodes autour d’elle.

En raison de ce phénomène, lorsque la peau se développe dans l’embryon, certaines régions se trouvent hors de portée de la molécule inhibitrice, et de nouvelles placodes peuvent se former, comblant les espaces entre celles qui sont déjà présentes.

Une hypothèse plus simple

L’équipe de l’UNIGE s’est intéressée à une autre possibilité : la chimiotaxie. Ce mécanisme permet aux cellules de se déplacer en réponse à une variation de molécules chimiques. Par exemple, la chimiotaxie est responsable de la migration des globules blancs vers les tissus enflammés à la suite d’une infection ou d’un traumatisme.

En utilisant un modèle mathématique qui décrit les interactions entre des cellules du derme et un signal chimique produit par l’épiderme, les chercheurs ont réussi à simuler la croissance de la peau embryonnaire et la formation progressive des placodes chez la souris de laboratoire.

Ce mécanisme d’auto-organisation reproduit les mêmes dynamiques que celles attribuées au modèle d’expansion/induction chez la souris de laboratoire, expliquent les chercheurs dans un communiqué publié par l’UNIGE.

Les motifs observés n’ont pas besoin d’un système complexe qui indique à chaque placode où se former : ces dernières apparaissent automatiquement à partir des interactions locales entre les cellules et les signaux chimiques.

D’une espèce à l’autre

Pour vérifier que leur modèle ne fonctionnait pas seulement chez la souris de laboratoire, les chercheurs l'ont testé chez la souris Acomys dimidiatus.

Cette espèce est spéciale, puisque son pelage présente un arrangement particulièrement orienté des follicules pileux, une organisation que le modèle classique d’expansion-induction ne peut expliquer.

Cette organisation complexe a été reproduite fidèlement par les simulations de l’équipe suisse en utilisant le même mécanisme de chimiotaxie présent chez la souris de laboratoire, mais combiné aux caractéristiques biochimiques et de croissance de Acomys dimidiatus.

Nos travaux laissent à penser que de simples interactions cellulaires peuvent générer une grande diversité d’architectures tissulaires au cours de l’évolution. Les différences observées entre espèces résultent donc d'un même processus d'auto-organisation, mais avec des variations dans les interactions entre les cellules et les signaux chimiques, note Athanasia Tzika dans le communiqué.

Le détail de ces travaux est publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (nouvelle fenêtre) (en anglais).