Des cellules souches s'organisent seules en pseudo-embryon
Publié par Isabelle le 11/10/2018 à 12:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
Des chercheurs ont développé des pseudo-embryons artificiels de souris, capables de former les trois axes majeurs de l'organisme. Un outil inédit appelé à remplacer les embryons de mammifères dans de nombreuses expériences.


Gastruloïde âgé de 7 jours. Les noyaux cellulaires sont marqués en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte plus sombre comme...). Les cellules progénitrices neurales (vert) sont distribuées le long de l'axe antéro-postérieur. Celles du bourgeon (Bourgeon peut faire référence à :) de la queue (rose) sont confinées à l'extrémité postérieure du gastruloïde et indiquent la direction de son élongation.(© Mehmet Girgin, EPFL)

Le plan de construction des mammifères est mis en œuvre peu après l'implantation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) de l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de l’œuf ou zygote jusqu’au stade où les principaux...) dans l'utérus (L'utérus est un organe participant aux fonctions reproductrices chez les mammifères dont la femme. C'est une poche dont l'intérieur très vascularisé, ouverte vers le col...). Les différents axes du corps, antéro-postérieur, dorso-ventral et medio-latéral, se mettent en place rapidement, sous l'égide de réseaux de gènes qui coordonnent la transcription de l'ADN dans diverses régions de l'embryon au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Genève (UNIGE), de l'Université de Cambridge et de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont démontré la capacité de pseudo-embryons de souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais aussi de...) à produire la plupart des types de cellules progénitrices nécessaires au développement. Formées à partir de quelque 300 cellules souches embryonnaires seulement, ces structures, appelées gastruloïdes, ont un développement comparable à celui de la partie postérieure d'embryons âgés de 6 à 10 jours. L'étude, publiée dans la revue Nature, montre que la formation des trois axes embryonnaires principaux se déroule selon un programme d'expression des gènes similaire à celui des embryons. Les gastruloïdes possèdent ainsi un potentiel remarquable pour l'étude des stades précoces du développement embryonnaire et de ses anomalies.

L'étude des processus orchestrant la formation des embryons de mammifères est entravée par la difficulté à les obtenir. L'équipe d'Alfonso Martinez Arias, professeur au Département de génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) de l'Université de Cambridge, au Royaume-Uni, a découvert récemment que, dans certaines conditions, des cellules souches embryonnaires de souris peuvent se rassembler en agrégats tridimensionnels qui s'allongent en cours de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :). Baptisés 'gastruloïdes', ces entités possèdent différentes caractéristiques des stades précoces du développement embryonnaire.

Des processus de formation interdépendants

"Afin de déterminer si les gastruloïdes s'organisent en de véritables structures embryonnaires, nous avons caractérisé leurs programmes d'activation (Activation peut faire référence à :) génétique à différents stades de développement", explique Denis Duboule, professeur au Département de génétique et évolution de la Faculté des sciences de l'UNIGE et à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Suisse de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) Expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il...) sur le Cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que...) de l'EPFL. Les chercheurs ont identifié et quantifié l'ARN issu de la transcription du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de...), et comparé les gènes exprimés avec ceux d'embryons de souris aux mêmes stades de développement.

"Les gastruloïdes forment des structures similaires à la partie postérieure de l'embryon, dont le programme de développement est très différent de celui de la portion antérieure", explique Leonardo Beccari, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) au sein du groupe genevois et co-premier auteur de l'étude. Ces pseudo-embryons expriment des gènes caractéristiques des divers types de cellules progénitrices nécessaires à la constitution des futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) tissus. "La complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par...) des profils d'expression des gènes augmente au cours du temps, avec l'apparition de marqueurs de différentes lignées cellulaires embryonnaires, à l'instar des profils observés dans les embryons contrôles", note Naomi Moris, chercheuse du groupe de Cambridge et co-première auteure de l'article.

Les gènes architectes s'activent comme dans l'embryon

La genèse d'une organisation (Une organisation est) spatiale très précise et semblable à celle de l'embryon se traduit par la formation des trois axes principaux, antéro-postérieur, dorso-ventral et medio-latéral. Les biologistes ont illustré cette étonnante propriété en suivant l'expression des gènes 'architectes' Hox, qui sont activés dans un ordre séquentiel au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure de la croissance des régions dont ils orchestrent le développement. "La mise en œuvre du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) de gènes Hox au cours du temps, similaire à celle de la partie postérieure de l'embryon, confirme le niveau d'auto-organisation (L'auto-organisation est un phénomène de mise en ordre croissant, et allant en sens inverse de l'augmentation de l'entropie; au prix bien entendu d'une dissipation d'énergie qui servira à maintenir cette...) remarquablement élevé des gastruloïdes", détaille Mehmet Girgin, généticien à l'EPFL et co-premier auteur de l'étude.

Ces pseudo-embryons artificiels peuvent offrir dans certains cas une méthode alternative à l'expérimentation animale (L 'expérimentation animale consiste à utiliser des animaux comme modèles, pour mieux comprendre la physiologie et tout particulièrement pour tenter de prévoir ce qui se passe chez l'Homme.) qui s'inscrit dans le cadre des 3R. La règle des 3R (reduce, replace, refine) s'est imposée internationalement comme le fondement de la démarche éthique appliquée à l'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives permettant de...) animale. Elle encourage à réduire le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'animaux utilisés, à affiner les conditions expérimentales pour améliorer le bien-être (Le bien-être ou bienêtre est un état qui touche à la santé, au plaisir, à la réalisation de soi, à l'harmonie avec soi et les autres. René Dubos...) animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques. On...) et à remplacer à terme le modèle animal par d'autres méthodes expérimentales (Une des bases de la démarche scientifique est l'expérimentation, c'est-à-dire le recueil de données sur le domaine d'étude, et la confrontation du modèle aux faits.) lorsque cela est possible. Les gastruloïdes pourront ainsi complémenter l'utilisation d'animaux et, par là même, en réduire le nombre utilisé pour étudier le développement embryonnaire des mammifères.

Contact chercheur:
Denis Duboule. Professeur au Département de génétique et évolution - Faculté des sciences de l'UNIGE

Référence publication:
Cette recherche est publiée dans Nature
DOI: 10.1038/s41586-018-0578-0
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