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Rajeunir les cellules souches dans le cerveau de souris âgées

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Publié le jeudi 28 février 2019

Des scientifiques du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) de l’Université du Luxembourg et du Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) ont pu rajeunir des cellules souches dans le cerveau de souris âgées.

Revitalisées, ces cellules souches améliorent la régénération des zones malades ou présentant des lésions dans le cerveau des vieilles souris. Les chercheurs s’attendent à ce que leur approche donne une nouvelle impulsion dans le champ de la médecine régénérative et facilite le développement de thérapies cellulaires. Ils publient leurs résultats aujourd’hui dans la revue scientifique Cell.

Les cellules qui constituent nos organes proviennent toutes de cellules souches. Celles-ci produisent des cellules qui vont se différencier, devenir des cellules spécifiques et former par exemple le cerveau, les poumons ou la moelle osseuse. Cependant, avec l’âge, les cellules souches perdent leur capacité à proliférer. Beaucoup d’entre elles entrent dans un état de dormance permanent.

 

Afin de créer des modèles informatiques aussi représentatifs que possible du comportement des cellules souches, le groupe de recherche Computational Biology du LCSB, mené par le professeur Antonio del Sol, a utilisé une nouvelle approche. « Les cellules souches vivent dans une niche, un environnement très complexe dans lequel elles interagissent constamment avec d’autres cellules et avec différentes substances extracellulaires. Il est extrêmement difficile de modéliser par ordinateur l’ensemble de ces interactions moléculaires. Nous avons donc changé de perspective. Nous avons arrêté de penser aux facteurs externes qui affectent les cellules souches, et commencé à nous concentrer sur ce qui se passe à l’intérieur d’une cellule souche dans une niche donnée. »

Cette approche innovante a conduit à un nouveau modèle informatique développé par Dr Srikanth Ravichandran, membre du groupe Computational Biology : « Notre modèle peut déterminer quelles protéines sont responsables de l’état fonctionnel d’une cellule souche donnée dans sa niche, c’est-à-dire si elle va se diviser ou rester en dormance. Pour cela, le modèle s’appuie sur des informations sur les gènes qui sont transcrits. Les technologies de la biologie cellulaire moderne permettent en effet de décrire l’expression des gènes à l’échelle d’une seule cellule. »

Jusqu’à présent, on ne savait pas pourquoi la plupart des cellules souches dans le cerveau des souris âgées restent dans un état de dormance. Grâce à leur modèle, les chercheurs du LCSB ont identifié une molécule, appelée sFRP5, qui garde les cellules souches neurales inactives chez ces souris, et empêche leur prolifération en bloquant la voie de signalisation Wnt, cruciale pour la différenciation cellulaire.

Une cure de rajeunissement pour les cellules souches

Par la suite, le Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) a mis à profit sa longue expérience en matière de cellules souches neurales pour valider expérimentalement les prévisions informatiques. Lorsque l’action de sFRP5 a été neutralisée dans des cellules souches dormantes, d’abord in vitro et plus tard directement chez les souris, celles-ci ont en effet commencé à proliférer plus activement. Elles pouvaient ainsi de nouveau participer au processus de régénération du cerveau vieillissant. « Lorsque sFRP5 est désactivée, les cellules subissent une sorte de rajeunissement », explique Antonio del Sol. « Il en résulte que, dans le cerveau des souris âgées, le ratio entre cellules souches actives et cellules souches dormantes change et devient presque aussi favorable que chez un jeune animal. »

« Nos résultats constituent un important pas en avant vers la mise en place de thérapies cellulaires, pour des maladies neurodégénératives par exemple » souligne le professeur del Sol. « Nous avons démontré qu’il est possible, à l’aide de modèles informatiques, d’identifier les éléments essentiels qui caractérisent un état donné des cellules souches. » Et cette approche ne se limite pas à l’étude du cerveau. Elle peut également être utilisée pour modéliser les cellules souches dans d’autres organes. « L’espoir est que cela ouvre de nouvelles perspectives pour la médecine régénérative », conclut Antonio del Sol.

Découvrez la recherche sur les cellules souches du LCSB dans la vidéo ci-dessous.

 

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Bibliographie : Quiescence Modulates Stem Cell Maintenance and Regenerative Capacity in the Aging Brain, Georgios Kalamakis, Daniel Brüne, Srikanth Ravichandran, Jan Bolz, Wenqiang Fan, Frederik Ziebell, Thomas Stiehl, Francisco Catalá-Martinez, Janina Kupke, Sheng Zhao, Enric Llorens-Bobadilla, Katharina Bauer, Stefanie Limpert, Birgit Berger, Urs Christen, Peter Schmezer, Jan Philipp Mallm, Benedikt Berninger, Simon Anders, Antonio del Sol, Anna Marciniak-Czochra, Ana Martin-Villalba, Cell, February 2019.