Un atlas 4D révèle comment les graisses façonnent notre corps

Le développement embryonnaire ressemble à un ballet génétique, entièrement chorégraphié par l’ADN et les protéines. Mais un autre élément exerce aussi son influence: les lipides. Ces molécules de graisse ne sont pas seulement du carburant; elles jouent des rôles structuraux, de signalisation et même de structuration au fur et à mesure que l’embryon se développe.

Malgré les progrès de la génomique, nous ne comprenons toujours pas très bien comment le métabolisme est organisé dans différentes parties du corps au cours du développement. Une grande partie du puzzle est constituée par les lipides, dont la structure et la fonction varient considérablement et qui sont connus pour être difficiles à cartographier dans l’ensemble des organismes, à la fois en haute résolution et dans le temps.

Jusqu’à présent, les techniques n’offraient que des instantanés fragmentés. Or sans un atlas détaillé, les scientifiques ne peuvent pas déterminer où et quand des lipides spécifiques apparaissent dans le corps en développement. Cela limite notre capacité à comprendre non seulement la biologie fondamentale, mais aussi l’origine des troubles métaboliques ou des maladies congénitales.

Une équipe de l’EPFL a mis au point une nouvelle méthode de calcul qui a permis de créer la première carte 4D lipidique d’un embryon de vertébré, plus précisément le poisson-zèbre. Aux trois dimensions de l’espace s’ajoute la «4D» qui fait référence au temps, ce qui permet de saisir comment la distribution des lipides change au fur et à mesure que l’embryon se développe. En combinant la spectrométrie de masse par imagerie et un nouveau cadre de calcul appelé uMAIA, les scientifiques ont suivi plus de 100 types de lipides dans l’espace et le temps.

La recherche a été menée par les professeurs Gioele La Manno Laboratoire de développement cérébral et de science des données biologiques et Giovanni D’Angelo, titulaire de la Chaire Fondation Kristian Gerhard Jebsen en nutrition et métabolisme, en collaboration avec le Laboratoire de synchronisation et dynamique de segmentation d’Andrew Oates. Elle a été publiée dans Nature Methods.

Une base de comparaison

L’équipe a découvert que les lipides forment des motifs très organisés qui correspondent aux structures anatomiques. Par exemple, certains sphingolipides – importants pour les membranes cellulaires et la signalisation – s’accumulent dans la vessie natatoire, un organe du poisson analogue aux poumons humains. D’autres se concentrent dans le développement des aires cérébrales ou des zones de formation osseuse. Ces schémas spatiaux suggèrent que les lipides jouent un rôle clé dans la formation de la fonction et de l’identité des organes.

Savoir où et quand les lipides apparaissent contribue à comprendre les maladies du développement, comme les troubles métaboliques congénitaux. Cela pourrait également être précieux pour la médecine régénérative ou le génie tissulaire. Et comme le métabolisme des lipides est souvent perturbé dans des maladies comme le cancer ou la maladie d’Alzheimer, cet atlas offre une base de comparaison.

«De cet effort émerge non seulement une ressource performante, mais aussi un couteau suisse permettant d’effectuer ce type de cartographie à maintes reprises dans d’autres systèmes en lien avec la santé et la maladie», explique Gioele La Manno.

Autres contributeurs

• Plateforme BioImaging and Optics Core Facility de l’EPFL
• Centre de phénogénomique de l’EPFL
• Institut Friedrich Miescher pour la recherche biomédicale