Pourquoi les vrais jumeaux n'ont-ils pas les mêmes empreintes digitales ?

Article signalé par le blog de Y Ben-Ari (10 février 2023) : Pourquoi 2 jumeaux homozygotes (ayant un patrimoine génétique identique) ont des empreintes digitales différentes ? 

science.org Traduction de "Why don’t identical twins have the same fingerprints? New study provides clues"

Pourquoi les vrais jumeaux n'ont-ils pas les mêmes empreintes digitales ? Une nouvelle étude fournit des indices

Claire Asher - 9 février 2023

Il n'y a pas deux empreintes digitales qui soient exactement les mêmes. C'est ce qui les rend si utiles à la police et aux smartphones pour identifier positivement les gens. Des recherches antérieures ont montré que les gènes jouent un rôle dans la formation du motif complexe de rainures et de bosses sur le bout de nos doigts, alors pourquoi les jumeaux identiques n'ont-ils pas les mêmes empreintes digitales ? Une nouvelle étude révèle que trois familles de molécules de signalisation, ainsi que de légères différences dans la forme du doigt et le moment de la croissance de la peau, interagissent pour créer nos variations uniques.

"C'est un excellent exemple de la façon dont des fluctuations mineures peuvent générer des variations infinies d'un schéma", explique Roel Nusse, biologiste du développement à Stanford Medicine, qui n'a pas participé à la recherche.

Les surfaces irrégulières des doigts améliorent la préhension et se retrouvent chez les humains et les espèces grimpantes, comme les koalas et les chimpanzés. Elles nous aident également à sentir la différence entre les textures. Les empreintes digitales se forment relativement tôt dans le développement du fœtus, à partir de la 13e semaine de gestation environ, avec la formation d'indentations au bout des doigts appelées crêtes primaires. Ces crêtes se développent en trois motifs principaux : des arrangements symétriques et circulaires appelés "verticilles" ; des motifs plus longs et incurvés appelés "boucles" ; et des crêtes triangulaires appelées "arcs". Les scientifiques ont identifié plusieurs gènes qui influencent les motifs qui se retrouvent dans l'empreinte digitale d'une personne, mais les mécanismes biochimiques qui régissent la formation de ces crêtes sont restés insaisissables. 

Pour éclaircir ce mystère, Denis Headon, généticien à l'université d'Édimbourg, et ses collègues ont séquencé l'ARN à l'intérieur des noyaux de cellules embryonnaires humaines du bout des doigts afin d'identifier les gènes exprimés au cours du développement. (Les tissus embryonnaires provenaient de personnes ayant interrompu leur grossesse au Royaume-Uni). Ces gènes ont permis de découvrir trois voies de signalisation différentes - des familles de protéines qui transportent des instructions entre les cellules - qui jouent chacune un rôle dans la direction de la croissance de la peau du bout des doigts. Les gènes impliqués dans deux de ces voies de signalisation, connues sous le nom de WNT et BMP, sont exprimés dans des bandes alternées de cellules dans le développement du bout des doigts, créant ce qui deviendra finalement les rainures et les bosses de l'empreinte digitale. Un troisième facteur, EDAR, est exprimé aux côtés de WNT dans les rainures en développement.

Les souris présentent également des motifs de crêtes simples sur leurs doigts. Lorsque les chercheurs ont supprimé artificiellement les voies de signalisation chez les souris, ils ont constaté que les signaux WNT et BMP agissent de manière opposée. WNT semble stimuler la croissance cellulaire pour créer des bosses dans la couche externe de la peau, tandis que BMP supprime la croissance cellulaire pour former des sillons. Les signaux EDAR aident à déterminer la taille et l'espacement des crêtes. Par exemple, lorsque les chercheurs ont supprimé la voie WNT, leurs doigts n'ont pas formé de crêtes du tout, alors que la suppression de la voie BMP a rendu les crêtes plus larges. Par ailleurs, chez les souris porteuses d'une mutation réduisant au silence l'activité d'EDAR, les doigts présentaient des crêtes en forme de points plutôt que des bandes.

En fin de compte, ces trois voies de signalisation fonctionnent ensemble pour contrôler la formation des crêtes primaires qui se développent dans la structure ondulée des empreintes digitales, rapporte l'équipe cette semaine dans Cell.

La relation opposée entre WNT et BMP au bout des doigts humains est caractéristique des modèles de Turing - dans lesquels des activités chimiques différentes et qui se chevauchent donnent lieu à des modèles complexes - qui sont très répandus dans la nature et donnent lieu aux rayures et aux taches que l'on voit dans la fourrure des animaux et la peau des poissons tropicaux. "L'unicité individuelle [des empreintes digitales] provient d'éléments minuscules du motif", explique M. Headon, tels que de longues crêtes qui s'arrêtent, des crêtes qui se divisent en deux, ou de courtes crêtes appelées îles. "Les modèles de Turing produisent facilement ce type de motifs à petite échelle", explique-t-il.

Mais la forme globale du motif de l'empreinte digitale - que celle-ci prenne la forme d'un tourbillon, d'une boucle ou d'un arc - dépend de l'anatomie du doigt et du moment exact de la formation des crêtes. Dans les tissus embryonnaires humains, les chercheurs ont constaté que les crêtes primaires commencent à se former à trois endroits : au centre du coussinet mou du doigt fœtal, à l'extrémité du doigt sous l'ongle et dans le pli de l'articulation où le doigt se plie. À partir de ces trois endroits, les crêtes s'étendent sur le bout du doigt comme des "vagues... chaque crête servant à définir la position de la suivante", explique Headon. L'anatomie du doigt contribue à orienter le modèle de croissance des cellules du doigt. Si les coussinets sont larges et symétriques et que les crêtes commencent à s'y former tôt, ils ont tendance à produire un verticille. Si les coussinets sont plus longs et asymétriques, ils donnent naissance à une boucle. Si les crêtes ne se forment tout simplement pas sur le coussinet, ou si elles commencent à s'y former tardivement, les crêtes du pli et de l'ongle se rejoignent au milieu, produisant une arche.

Les chercheurs ont également découvert que les mêmes signaux chimiques - WNT, BMP et EDAR - poussent les cellules situées ailleurs dans le corps à se transformer en follicules pileux. Mais le bout de nos doigts reste dépourvu de poils parce que la formation de follicules sur la paume de nos mains s'arrête tôt. Cela suggère que les différentes structures de la peau empruntent toutes le même chemin de développement précoce avant de diverger vers des rôles spécialisés. "Il se pourrait que toutes les structures formées par notre plus grand organe, la peau - y compris les poils, les glandes, les empreintes digitales - soient toutes fondamentalement générées par le même mécanisme", explique Nusse.

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