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Des cellules souches totipotentes produites pour la première fois

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Il était déjà possible d'obtenir en laboratoire des cellules souches pluripotentes, c'est-à-dire capables de se différencier en n'importe quel tissu. Des chercheurs ont trouvé une différence dans la chromatine entre elles et les cellules dites totipotentes. Ils ont ainsi pu produire ces cellules, capables de générer un embryon.

Les cellules des premiers stades embryonnaires sont des cellules souches totipotentes : elles peuvent générer un embryon entier. © Bruno Vellutini, Flickr, CC by-sa 2.0

Juste après la fécondation, quand il n'y a encore que une ou deux cellules, celles-ci sont dites « totipotentes », c'est-à-dire capables de produire un embryon entier mais également le placenta et le cordon ombilical qui l'accompagnent. Ensuite, au fil des divisions cellulaires, et ce jusqu'au stade blastocyste (près d'une trentaine de cellules), les cellules perdent cette plasticité. Devenues « cellules souches embryonnaires », elles sont encore pluripotentes et en mesure de se différencier en n'importe quel tissu. Elles ne peuvent cependant pas à elles seules donner naissance à un fœtus. La totipotence est donc un état beaucoup plus plastique que la pluripotence. Après le stade blastocyste, les cellules se spécialisent et forment les différents tissus de l'organisme, on parle alors des cellules différenciées.

Depuis quelques années, il est possible de transformer une cellule différenciée en une cellule pluripotente, mais pas en cellule totipotente. Afin de mieux comprendre les raisons pour lesquelles ce « retour » à l'état totipotent n'était pas accessible, l'équipe de Maria-Elena Torres-Padilla, directrice de recherche Inserm au sein de l'IGBMC (CNRS/université de Strasbourg/Inserm), s'est attelée à observer les caractéristiques des cellules totipotentes et à rechercher les facteurs d'induction de cet état.

Dans le noyau des cellules eucaryotes, la chromatine est composée de nucléosomes contenant de l'ADN (double hélice) et des histones (en couleur). © Penn State, Flickr, CC by-nc 2.0

Un ADN moins condensé dans les cellules totipotentes

In vitro, il arrive que des cellules totipotentes apparaissent parmi les cellules pluripotentes ; elles sont qualifiées de « cellules semblables au stade 2 cellules ». Les chercheurs ont donc comparé ces cellules à celles de l'embryon précoce afin de trouver leurs caractéristiques communes, différentes des stades pluripotents. Ils ont notamment montré que leur ADN était moins condensé et que l'expression du complexe protéique CAF1 était diminuée dans ces cellules. CAF1, déjà connu pour son rôle dans l'assemblage de la chromatine (état organisé de l'ADN), serait ainsi responsable du maintien de l'état pluripotent en participant à la condensation de l'ADN.

Sur la base de cette hypothèse, les chercheurs sont parvenus à induire un état totipotent en inactivant l'expression de ce complexe, ayant pour effet une reprogrammation de la chromatine dans un état moins condensé.

Ces résultats apportent de nouveaux éléments dans la compréhension de la totipotence et laissent entrevoir de prometteuses perspectives en médecine régénérative. Obtenus en collaboration avec Juanma Vaquerizas, du Max Planck Institute (Münster, Allemagne), ils sont publiés le 3 août dans la revue Nature Structural & Molecular Biology.

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