Prêts, prêts, partez – comment les cellules souches se synchronisent pour réparer la moelle épinière dans les axolotls –
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La moelle épinière est une composante importante de notre système nerveux central : elle relie le cerveau au reste du corps et joue un rôle crucial dans la coordination de nos sensations avec nos actions. Chutes, violence, maladie – diverses formes de traumatismes peuvent causer des dommages irréversibles à la moelle épinière, entraînant la paralysie, parfois même la mort.
Bien que de nombreux vertébrés, y compris les humains, soient incapables de se remettre d’une lésion de la moelle épinière, certains animaux se démarquent. Par exemple, l’axolotl (Ambystoma mexicanum), une salamandre du Mexique, a la remarquable capacité de régénérer sa moelle épinière après une blessure. Lorsque la queue d’un axolotl est amputée, des cellules souches neurales résidant dans la moelle épinière sont recrutées pour reconstruire la queue. Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pu détecter cette activité que quelques jours après le début du processus.
« Quatre jours après l’amputation, les cellules souches situées à environ un millimètre de la blessure se divisent trois fois plus vite que la vitesse normale pour régénérer la moelle épinière et remplacer les neurones perdus », explique Emanuel Cura Costa, co-premier auteur de l’étude. “Ce que les cellules souches font dans les quatre premiers jours après la blessure était le vrai mystère.”
Pour comprendre ce qui se passe dans les premiers instants de la régénération de la moelle épinière, des chercheurs du CONICET, de l’IMP et de la TU Dresden se sont associés pour recréer le processus dans un modèle mathématique et tester ses prédictions dans le tissu axolotl avec les dernières technologies d’imagerie. Leurs conclusions, publiées dans eLife, montrent que les cellules souches neurales accélèrent leurs cycles cellulaires de manière hautement synchronisée, l’activation se propageant le long de la moelle épinière.
Régénération synchronisée : les cellules suivent le tempo
Dans la moelle épinière indemne, les cellules se multiplient de manière asynchrone : certaines répliquent activement leur ADN avant de se diviser en deux cellules pour soutenir la croissance, tandis que d’autres se reposent simplement.
Le modèle des scientifiques a prédit que cela pourrait changer considérablement en cas de blessure : la plupart des cellules à proximité de la blessure sauteraient à un stade spécifique du cycle cellulaire pour se synchroniser et proliférer à l’unisson.
“Nous avons développé un outil pour suivre les cellules individuelles dans la moelle épinière en croissance des axolotls. Différentes couleurs marquent les cellules au repos et actives, ce qui nous permet de voir à quelle distance et à quelle vitesse la prolifération cellulaire se produit avec un microscope”, explique Leo Otsuki, postdoctorant au laboratoire d’Elly Tanaka à l’IMP et co-premier auteur de cette étude. “Nous étions très excités de voir la correspondance entre les prédictions théoriques et les résultats expérimentaux.”
La façon dont les cellules se multiplient en chœur dans la moelle épinière en régénération est exceptionnelle chez les animaux. Comment les cellules peuvent-elles coordonner leurs efforts sur près d’un millimètre, soit 50 fois la taille d’une seule cellule ?
Un signal mystère orchestrant la régénération
“Notre modèle nous a fait réaliser qu’il devait y avoir un ou plusieurs signaux qui se propagent à travers le tissu de la blessure, comme une vague, pour que la zone de prolifération des cellules s’étende”, explique Osvaldo Chara, chercheur de carrière au CONICET, chef de groupe de SysBio à l’Institut de physique des liquides et des systèmes biologiques (IFLySIB) et professeur invité au Center for Information Services and High Performance Computing (ZIH), Technische Universität Dresden. “Ce signal pourrait agir comme un messager et ordonner aux cellules souches de proliférer.”
Les chercheurs soupçonnent que ce messager mystérieux aide à reprogrammer les cellules souches pour qu’elles se divisent rapidement et repoussent les tissus amputés. Leur travail repère ce signal dans l’espace et le temps, et ouvre la voie à sa caractérisation plus poussée.
« La combinaison de modèles mathématiques et de notre expertise en imagerie tissulaire a été essentielle pour comprendre comment la moelle épinière commence à se régénérer », déclare Elly Tanaka, scientifique principale à l’IMP. “La prochaine étape consiste à identifier les molécules qui favorisent la régénération de la moelle épinière – qui pourraient avoir un potentiel thérapeutique énorme pour les patients souffrant de lésions de la colonne vertébrale.”
