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Le LCSB décrypte la façon dont le corps contrôle les cellules souches

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Publié le mercredi, 15 mars 2017

Les cellules souches sont des cellules indifférenciées qui peuvent évoluer en n'importe quel type de cellule du corps humain. Jusqu'ici, néanmoins, les scientifiques ne comprennent que partiellement la façon dont le corps contrôle le sort de ces cellules polyvalentes et les facteurs qui déterminent si une cellule souche est finalement différenciée en cellule sanguine, hépatique ou nerveuse, par exemple.

Des chercheurs du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) de l'Université de Luxembourg et une équipe internationale ont à présent identifié un mécanisme ingénieux permettant au corps d'orchestrer la régénération des globules blancs et rouges provenant des cellules progénitrices. « Cette découverte peut nous aider à améliorer à l'avenir la thérapie fondée sur les cellules souches », indique le Dr Alexander Skupin, responsable du groupe Integrative Cell Signalling. L'équipe du LCSB a publié ses résultats dans la revue scientifique PLOS Biology.

Bien que toutes les cellules dans un organisme portent la même empreinte génétique (le même ADN), certaines d'entre elles agissent comme des cellules sanguines ou osseuses, par exemple, alors que d'autres fonctionnent comme des cellules nerveuses ou cutanées. Les chercheurs comprennent déjà assez bien le fonctionnement des cellules individuelles. Ils ne savent cependant pas précisément comment un organisme est capable de créer une telle diversité de cellules à partir du même modèle génétique, ni la façon dont il réussit à les déplacer à tous les endroits requis dans le corps.

Afin d'en apprendre davantage sur ce processus, Alexander Skupin et son équipe ont traité des cellules souches sanguines de souris avec des hormones de croissance et ont attentivement observé le comportement de ces cellules progénitrices pendant leur différentiation en globules blancs ou rouges.

Les chercheurs ont constaté que cette transformation cellulaire ne se produisait pas de façon linéaire et ciblée, mais plutôt au gré des circonstances. Chaque cellule progénitrice s'adapte aux besoins de son environnement et s'intègre dans le corps là où de nouvelles cellules sont requises. « Ce n'est donc pas comme si la cellule prenait un billet au début de sa différenciation et voyageait ensuite sans escale jusqu'à sa destination finale. Elle a plutôt tendance à descendre de voiture pour jeter un œil et voir quelle ligne elle ferait mieux d'emprunter », explique Alexander Skupin.

Cellules souches opportunistes

Grâce à ce mécanisme intelligent, un organisme multicellulaire peut adapter la croissance des nouvelles cellules en fonction de ses besoins actuels. « Avant que les cellules progénitrices ne se différencient une fois pour toutes, elles commencent par perdre leur caractère de cellule souche et vérifient ensuite la lignée cellulaire actuellement recherchée. Ce n'est qu'alors qu'elles se développent dans le type de cellule correspondant le mieux à leurs caractéristiques et prévalant dans leur environnement », explique Alexander Skupin. Le chercheur compare cette étape au jeu de la roulette : les différents types de cellules agissent un peu comme les cases numérotées de la roulette qui récupèrent la bille. « Lorsque les cellules perdent leur caractère de cellule souche, elles sont quasiment lancées dans la roulette, où elles commencent à rebondir sans but. Ce n'est que lorsque les cellules ont trouvé le bon environnement qu'elles se logent dans ce créneau (comme lorsque la bille de la roulette tombe dans une case numérotée) et se différencient définitivement ». Le corps peut ainsi orchestrer sa régénération cellulaire et en même temps prévenir l'envoi précoce de cellules souches dans la mauvaise direction. « Même si une cellule prend un mauvais chemin, elle est finalement triée à nouveau si ses caractéristiques ne correspondent pas au créneau (ou à la case) dans laquelle elle a atterri », déclare M. Skupin.

Avec leur étude, Alexander Skupin et son équipe ont démontré pour la première fois que le destin d'une cellule progénitrice n'était pas clairement prédéterminé et ne suivait pas une ligne droite. « Cette observation contredit la doctrine actuelle selon laquelle les cellules souches sont programmées pour suivre une certaine lignée dès le début », indique Alexander Skupin. Le chercheur est de plus convaincu que les processus sont similaires pour d'autres cellules progénitrices. « Dans le laboratoire, nous avons observé le même modèle de différenciation dans des cellules souches pluripotentes humaines induites (IPS) pouvant se transformer en plusieurs différents types de cellules ».

Développer de nouvelles approches thérapeutiques

Cette connaissance peut aider les chercheurs à améliorer l'efficacité des thérapies à l'avenir. La thérapie des cellules souches implique l'administration au patient de ses propres cellules souches afin de remplacer d'autres cellules qui sont mortes à la suite d'une maladie, comme la maladie de Parkinson. Alors que cette méthode de traitement prometteuse a fait l'objet de nombreuses recherches ces dernières années, les réussites dans la pratique se limitent pour l'instant à une thérapie des cellules souches endogènes. Elle est également fortement controversée parce qu'elle s'accompagne fréquemment d'effets secondaires graves et qu'il est impossible d'exclure que certaines cellules puissent dégénérer et entraîner des cancers. « Étant donné que nous connaissons mieux à présent la façon dont le corps influence la direction empruntée par les cellules souches pour se différencier, nous espérons pouvoir mieux contrôler ce processus à l'avenir », conclut Alexander Skupin.

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Mojtahedi M, Skupin A, Zhou J, Castaño IG, Leong-Quong RYY, Chang H, et al. (2016) Cell Fate Decision as High-Dimensional Critical State Transition. PLoS Biol 14(12): e2000640. doi:10.1371/journal.pbio.2000640

Photo : Alexander Skupin, © ScienceRelations