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Sciences de la vie et santé
Un modèle mathématique explique la formation des doigts

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71991.htm

Des chercheurs espagnols du CSIC et du Centro de Regulación Genómica de Barcelone ont mis en évidence que le processus de formation des doigts chez les tétrapodes suivait un modèle mathématique décrit par Alan Turing en 1952. Ce modèle de morphogénèse par réaction-diffusion explique que la concentration de différentes molécules vient déterminer les structures biologiques comme par exemple les tâches du pelage ou les dessins des coquillages.

Alan Turing a été célébré pendant toute l'année 2012 comme l'un des plus grands mathématiciens de l'histoire. Ses travaux théoriques ont notamment servi de base à la création des ordinateurs. Cependant, c'est sur un autre de ses travaux que les chercheurs en biologie du développement espagnols ont appuyé leur étude. Il s'agit d'un modèle mathématique de la morphogénèse par réaction-diffusion qu'Alan Turing a proposé dans un article daté de 1952. Ce modèle explique que l'interaction entre deux molécules, un activateur du processus et un inhibiteur, et leur diffusion gouvernent les processus de morphogénèse pour produire des structures périodiques [1]. Dans le cas de la formation des doigts, des molécules permettraient donc de gérer une fréquence d'apparition, c'est à dire le nombre des doigts, leur grosseur et leur espacement.

Les chercheurs se sont intéressés aux gènes Hox déjà évoqués dans le dernier bulletin électronique [2]. "Nous avons réduit génétiquement la dose de gènes Hox chez des souris mutantes. De façon surprenante, nous avons obtenu des extrémités avec jusqu'à 14 doigts. La diminution progressives des gènes Hoxa13 et Hoxa11-13 [...] a provoqué une augmentation progressive du nombre de doigts, ainsi que la formation de doigts toujours plus petits et plus rapprochés", a commenté Mariam Ros une des auteurs de l'étude [3].

La concentration de gènes Hox joue donc le rôle de paramètre clé dans la formation des doigts. La production d'un modèle mathématique basé sur celui de Turing reproduisant les effets observés a permis de confirmer que ce modèle était le plus approprié pour expliquer la formation des doigts. Les chercheurs ont aussi fait le parallèle entre leurs travaux et ceux publiés par leurs collègues le mois dernier sur la transformation des nageoires en membres, un processus impliquant aussi selon eux un processus de morphogénèse par réaction-diffusion.

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- [1] Alan M. Turing. The chemical basis of morphogenesis. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. B 327, 37-72 (1952) - http://www.turingarchive.org/browse.php/B/22
- [2] Des chercheurs espagnols ouvrent la voie de l'évolution des nageoires en pattes, V. Reillon, BE Espagne 121, 17/12/2012 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71740.htm
- [3] Hox Genes Regulate Digit Patterning by Controlling the Wavelength of a Turing-Type Mechanism, R. Sheth et al., Science. DOI: 10.1126/science.1226804 - http://www.sciencemag.org/content/338/6113/1476

Code brève
ADIT : 71991

- Un modelo matemático explica el patrón molecular en la formación de los dedo, CSIC Noticias, 14/12/2012 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/KrmTU
- Asi se forman los dedos, El Mundo, 13/12/2012 - http://www.elmundo.es/elmundo/2012/12/13/ciencia/1355422517.html

- Vincent Reillon, Attaché pour la Science et la Technologie
- vincent.reillon@sst-bcn.com

BE Espagne numéro 122 (15/01/2013) - Ambassade de France en Espagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71991.htm