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De la cellule rectale au neurone : les clés de la transdifférenciation

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Une étude parue dans Science décrit les mécanismes génétiques et épigénétiques de la transdifférenciation, un phénomène par lequel des cellules spécialisées perdent leurs caractéristiques pour changer d'identité. Une piste de recherche encourageante pour la médecine régénérative.

Le neurone est une cellule différenciée qu’on imagine mal se former à partir d’une cellule rectale. © GerryShaw, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

Notre organisme est constitué de cellules ayant acquis des caractéristiques au cours du développement et remplissant une fonction précise au sein de chaque organe : on parle de cellules différenciées. En règle générale, les cellules maintiennent leur spécificité jusqu'à leur mort, mais il a été prouvé que certaines peuvent changer d'état et acquérir de nouvelles fonctions. Un phénomène assez rare, mais retrouvé dans de nombreuses espèces dites de « transdifférenciation ».

Dans un article publié dans la revue Science, une équipe de l'Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS, Inserm, Université de Strasbourg), en collaboration avec l'Institut Curie, a étudié ce processus chez Caenorhabditis elegans, un petit ver transparent, où une cellule rectale se transforme naturellement en motoneurone. Ce passage d'un type cellulaire à un autre se fait sans division et par une succession d'étapes bien définies qui aboutissent toujours au même résultat. Les chercheurs se sont intéressés aux facteurs qui rendent le processus de conversion aussi stable.

L'équipe avait déjà élucidé le rôle de plusieurs facteurs de transcription dans cette transdifférenciation. Mais ces nouveaux résultats ont mis en évidence le rôle d'acteurs dits « épigénétiques », c'est-à-dire capables de moduler l'expression des gènes. Deux complexes protéiques interviennent ainsi dans le mécanisme. Ces enzymes agissent sur une histone et lorsqu'une mutation altère leur action, la transdifférenciation est interrompue et la cellule rectale ne se transforme plus en neurone.

Une transdifférenciation influencée par l’épigénétique

Les chercheurs ont observé que les deux complexes agissent à des étapes différentes et que leur rôle peut évoluer en fonction des facteurs de transcription auxquels ils sont associés. Ces résultats soulignent l'importance du bon enchaînement des actions de chacune de ces molécules : l'aspect dynamique du mécanisme de transdifférenciation est essentiel à sa stabilité.

Chez le petit ver C. elegans, une cellule rectale peut naturellement devenir un neurone moteur. ©NIH, Wikimedia Commons, DP

La part respective des facteurs génétiques et épigénétiques dans les processus biologiques est un sujet largement débattu. Ces travaux mettent en lumière les rôles respectifs de chacun des acteurs de la transdifférenciation : l'initiation et le déroulement sont assurés par les facteurs de transcription alors que les facteurs épigénétiques servent à garantir un résultat invariable. L'étude va même plus loin, montrant que dans des conditions « normales », ces facteurs sont accessoires (même en leur absence la conversion se déroule relativement efficacement), mais qu'ils sont indispensables en cas de stress environnemental. Ils ont donc un rôle primordial pour maximiser l'efficacité du mécanisme et assurer sa stabilité face aux variations extérieures.

La transdifférenciation est un phénomène encore mal connu. Il pourrait être impliqué dans la régénération d’organes observée chez certains organismes, comme le triton capable de reconstruire le cristallin de son œil après une blessure. Ces résultats apportent de nouvelles clés pour comprendre comment contrôler ce processus et pourraient déboucher sur des thérapies prometteuses, notamment dans le domaine de la médecine régénérative.