Chaque villosité intestinale est composée de deux compartiments tissulaires principaux : une couche superficielle épithéliale et un noyau mésenchymateux. L’intestin grêle de la souris se forme au 10e jour embryonnaire lorsqu’une feuille d’endoderme se ferme et se scelle pour former un tube d’épithélium entouré de cellules mésenchymateuses3. Ce tube plat d’épithélium subit une prolifération rapide, augmentant à la fois en longueur et en circonférence et subit des réarrangements spectaculaires impliquant des changements dynamiques de forme cellulaire1. Dans le même temps, le mésenchyme environnant subit également de nombreux processus de développement, notamment la formation du plexus vasculaire, la différenciation des muscles lisses et le recrutement des neurones entériques4. Dans l’intestin grêle proximal au 14,5e jour embryonnaire, des condensations (grappes) de cellules sensibles à Hedgehog et PDGF commencent à se former à côté de l’épithélium2,5. La formation d’amas mésenchymateux continue de s’étendre sur toute la longueur de l’intestin de sorte qu’ils couvrent l’intégralité de l’intestin grêle au jour embryonnaire 16,52. Au fur et à mesure que les amas mésenchymateux se forment, les cellules épithéliales les plus proches des amas commencent à se retirer du cycle cellulaire, tandis que les autres cellules épithéliales continuent de proliférer. Les cellules situées directement au-dessus de l’amas mésenchymateux qui se sont retirées du cycle cellulaire commencent à changer de forme lorsque les villosités émergentes se déforment dans la lumière. La croissance ultérieure des villosités est en partie due à la prolifération continue de l’épithélium entre les villosités émergentes. Les amas mésenchymateux restent étroitement adhérents à l’épithélium des villosités en croissance et continuent d’exprimer une variété de molécules de signalisation. La vague d’émergence des villosités se propage sur toute la longueur de l’intestin grêle suite à la formation d’amas mésenchymateux. Au fur et à mesure que l’intestin continue de croître et que la région des villosités intervillosités s’étend entre les villosités émergentes, de nouveaux amas mésenchymateux se forment à côté de l’épithélium des villosités intervillosités et d’autres cycles d’émergence et de croissance s’ensuivent.
Le développement synchronisé de l’épithélium et du mésenchyme est essentiel pour la morphogenèse des villosités. Les molécules de signalisation sont sécrétées d’une couche à l’autre où les récepteurs reçoivent et transduisent le message du signal afin de coordonner le développement entre l’épithélium et le mésenchyme. Les amas mésenchymateux agissent comme des centres de signalisation et expriment une variété de morphogènesdéveloppementaux 7-10. La perturbation de la formation ou du motif des grappes entraîne la perte de l’émergence et du motif des villosités. L’inhibition de la signalisation PDGF entraîne moins de grappes et moins de villosités et les villosités qui se forment sont déformées après les grappes anormales11. La perte de la signalisation Hedgehog entraîne une perte complète de la formation des grappes et l’échec de l’émergence des villosités2,12. Ensemble, ces données démontrent que les amas coordonnent le développement de l’épithélium des villosités avec son noyau mésenchymateux.
En utilisant l’ensemble de ce système de culture d’organes, nous sommes en mesure de modifier la signalisation impliquée dans la diaphonie des amas épithéliaux-mésenchymateux pour déterminer le rôle de ces signaux dans la morphogenèse des villosités. Le sectionnement et la reconstruction optiques confocaux à deux photons permettent de visualiser la formation des amas et l’émergence des villosités en trois dimensions et de mieux comprendre les relations spatiales entre les amas mésenchymateux et leur épithélium sus-jacent. En étendant le système de culture à quatre dimensions, nous pouvons capturer des piles z de grappes et de villosités en développement au fil du temps et observer ces interactions. En fin de compte, la capacité de suivre le développement des villosités de cette manière et d’observer les changements qui se produisent avec une signalisation altérée révolutionnera la compréhension des interactions mésenchymateuses épithéliales dans la morphogenèse des villosités.