Régénération: qu'est-ce que c'est et comment ça marche?
Certaines parties de notre corps ont la capacité de s'autoréparer de manière efficace après avoir subi des dommages, tandis que d'autres pas du tout. Nous ne pouvons certainement pas faire repousser une jambe ou un bras, mais certains animaux PEUVENT régénérer des parties entières de leur corps. Que pouvons-nous donc apprendre à ce sujet ?
Les salamandres, les planaires ainsi que d'autres espèces sont capables de faire repousser des parties endommagées ou manquantes de leur corps. C'est ce que l'on appelle la régénération.
Certains organes humains, tels que le foie et la peau se régénèrent aussi lorsqu'ils sont endommagés.
La régénération peut se faire de nombreuses manières avec des cellules pluripotentes ou spécifiques au tissu en question. Une certaine part de régénération a lieu sans cellules souches (par ex. la régénération du cœur du poisson zèbre).
L'étude de la régénération chez d'autres espèces nous aidera à comprendre comment le corps humain guérit et se répare. Ceci pourrait aider les chercheurs à développer des médicaments régénérateurs qui aideraient le corps humain à guérir plus complètement.
Les chercheurs travaillent sur de nombreux aspects de la régénération, tels que les signaux qui activent ce processus et la raison pour laquelle les cellules souches humaines ne se régénèrent pas comme chez la salamandre.
De nombreux scientifiques cherchent à comprendre ce qui induit les cellules souches à former un blastème, c'est-à-dire une accumulation de cellules souches à l'endroit de la lésion tissulaire.
Les études chez la salamandre visent aussi à établir comment les cellules souches savent quelles parties du corps doivent être régénérées et où elles se trouvent dans la « carte » du corps, deux choses que les cellules souches de mammifères ne font pas.
Les chercheurs voudraient comprendre quels sont les signaux qui activent les cellules souches quand la régénération est nécessaire et les désactivent quand elles ne sont plus nécessaires.
La régénération consiste en une reformation ou recroissance d'une partie endommagée ou manquante d'un organe à partir du tissu restant. À l'âge adulte, l'être humain peut régénérer certains organes comme le foie. Si une partie du foie est détruite à cause d'une maladie ou d'une lésion, le foie se régénère et retrouve sa taille initiale, mais pas sa forme. Et notre peau est constamment renouvelée et réparée. Malheureusement, beaucoup d'autres tissus humains n'ont pas cette capacité, et un des objectifs de la médecine régénérative est de trouver des moyens de stimuler la régénération tissulaire ou de fabriquer des tissus de remplacement
De nombreux animaux ont la capacité de régénérer complètement la structure et la fonction de parties complexes de leur corps après une amputation ou une lésion. Certains invertébrés (animaux dépourvus de colonne vertébrale et de moelle épinière), comme le ver plat et la planaire, peuvent régénérer leur tête à partir d'un fragment de queue et vice versa. Chez les vertébrés (animaux munis de vertèbres et d'une moelle épinière), les poissons peuvent régénérer des parties du cerveau, de l'œil, du rein, du cœur et des nageoires. Les grenouilles peuvent aussi régénérer les membres, la queue, le cerveau et les yeux, au stade du têtard mais pas au stade adulte. Quant aux salamandres, elles régénèrent leurs membres, cœur, queue, yeux, reins, cerveau et moelle épinière tout au long de leur vie.
Comment ces animaux dotés de capacités régénératives parviennent-ils à faire repousser des structures aussi complexes ? Après une amputation, des cellules souches s'accumulent au niveau du site de la lésion dans une structure appelée le blastème. Un pan important de la recherche actuelle porte sur la façon dont les signaux émis à partir du site de la lésion indiquent aux cellules souches de former le blastème et de commencer à se diviser pour reconstruire la structure absente. Que se passe-t-il au niveau des cellules souches elles-mêmes ? Les animaux utilisent-ils un seul type de cellules souches du blastème (appelée cellule souche multipotente) capable de se différencier en de multiples tissus ? Ou différents groupes de cellules souches produisent-ils les différents tissus requis pour former le nouvel organe ?
De récentes recherches effectuées chez des animaux dotés de capacités de régénération ont montré que les cellules souches utilisent des stratégies variées pour reconstituer les parties du corps manquantes à partir de multiples tissus, tels que les muscles, les nerfs et la peau. Si nous arrivons à comprendre les mécanismes et les molécules que ces animaux utilisent pour régénérer des tissus adultes, pourrons-nous appliquer ces enseignements à la régénération ou à la modification de tissus humains ?
Scientist Peter Reddien’s research group in the USA recently solved a long-standing question in planarian (flatworm) regeneration – can a single stem cell regenerate a whole animal? The answer is yes, it can. This shows that adult planaria have pluripotent stem cells – cells that can make ALL the cell types of the animal’s body. How these pluripotent cells are controlled in the flatworm's body so that they do not form tumors is an important question that several research groups are now studying.
Mais tous les animaux n'utilisent pas des cellules pluripotentes au cours du processus de régénération. Les cellules souches qui régénèrent la queue d'une grenouille ou le membre d'une salamandre ont des propriétés très différentes des cellules souches de la planaire. Chez ces animaux, chaque tissu – muscle, nerf, peau – possède son propre groupe de cellules souches qui génèrent uniquement les différents types de cellules qui constituent ce tissu. En d'autres termes, une cellule souche musculaire ne peut pas fabriquer de la peau et les cellules souches de la peau ne peuvent pas faire de muscles. Ces cellules souches multipotentes spécifiques des tissus sont probablement très similaires aux cellules souches de notre propre organisme qui remplacent ou réparent des tissus comme la peau ou les muscles. Pourquoi ces cellules souches peuvent-elles régénérer le membre entier d'une salamandre mais réparer les dommages d'un seul tissu de notre organisme ? C'est une autre énigme que les scientifiques tentent actuellement de résoudre.
En plus des cellules souches, le processus de régénération utilise des cellules différenciées qui ont stoppé leurs divisions et se « remettent » à se multiplier pour remplacer le tissu perdu. Ce phénomène a récemment été démontré dans le cadre de la régénération cardiaque chez le zebrafish, où une cellule musculaire du cœur appelée le cardiomyocyte se divise pour reconstituer le tissu manquant. Ce processus de régénération a également été mis en évidence pour le coeur des souriceau, mais il disparaît rapidement lorsque que l'animal grandit. D'autres recherches sont nécessaires pour comprendre comment il est possible de modifier des cellules différenciées pour qu'elles puissent à nouveau se diviser et produire un nouveau tissu cardiaque, et pourquoi cette capacité est perdue chez l'homme.
En caractérisant les propriétés des cellules souches qui régénèrent des parties complexes de l'organisme, les scientifiques étudient comment la division des cellules souches est contrôlée par une lésion dans le but de régénérer la partie manquante et de ne pas simplement former du tissu cicatriciel. Les recherches futures pourraient permettre d'appliquer ces connaissances à de nouveaux types de thérapies
Cellules souches pluripotentes
Quel est le degré de similarité entre les cellules souches pluripotentes de la planaire et les cellules souches embryonnaires ou cellules souches induites à la pluripotence des mammifères ? L'étude de la planaire nous aidera peut-être à mieux contrôler la différenciation des cellules souches embryonnaires humaines en vue de remplacer certaines parties de notre corps.
Cellules souches tissulaires
Les salamandres et les grenouilles utilisent des cellules souches tissulaires semblables aux nôtres. Par conséquent, pourquoi ces animaux sont-ils capables de régénérer complètement un membre alors que nous formons des cicatrices ? Les recherches sur ce sujet indiquent que les animaux dotés de capacités de régénération conservent une sorte de carte à l'intérieur de leurs tissus adultes qui signale aux cellules dans quel tissu elles se trouvent et ce qu'elles sont, leur identité. Les mammifères ont peut être perdu des parties de cette carte ou leurs cellules souches ont perdu la capacité de la lire. Les chercheurs espèrent découvrir quelles informations sont absentes ou inactivées chez les mammifères et s'il est possible de restaurer ces informations pour stimuler les capacités régénératives des cellules souches à des fins d'applications médicales.
Cellules différenciées
Peut-on faire en sorte que des cellules différenciées adultes telles que les cellules musculaires cardiaques se divisent comme chez le zebrafish ? Il sera important de découvrir pourquoi les cellules cardiaques des mammifères perdent cette capacité et si celle-ci peut être réacquise
Cette fiche info a été créée par Elly Tanaka.
Image de planaire par Peter Reddien. Image de salamandre dans le diagramme de droite par Orizatriz. Les autres images de salamandre et l'ensemble des diagrammes sont de Elly Tanaka.