Les poissons zèbres font partie d’un groupe restreint de vertébrés capables de guérir complètement une moelle épinière sectionnée. Une compréhension claire de la manière dont cette régénération se déroule pourrait fournir des indices sur les stratégies de guérison des lésions de la moelle épinière chez les humains. De telles blessures peuvent être dévastatrices, entraînant une perte permanente de sensation et de mouvement.
Une nouvelle étude de la faculté de médecine de l’université de Washington à Saint-Louis dresse un atlas détaillé de toutes les cellules impliquées – et de la manière dont elles travaillent ensemble – dans la régénération de la moelle épinière du poisson zèbre.
Les chercheurs ont fait une découverte inattendue : la survie et l’adaptabilité des neurones sectionnés sont nécessaires à la régénération complète de la moelle épinière. De manière surprenante, l’étude a montré que les cellules souches capables de former de nouveaux neurones, et généralement considérées comme essentielles à la régénération, jouent un rôle complémentaire mais ne dirigent pas le processus.
L’étude est publiée le 15 août dans la revue Nature Communications.
Contrairement aux lésions de la moelle épinière chez les humains et d’autres mammifères, dans lesquelles les neurones endommagés meurent systématiquement, les neurones endommagés du poisson zèbre modifient considérablement leurs fonctions cellulaires en réponse à la blessure, d’abord pour survivre, puis pour assumer de nouveaux rôles centraux dans l’orchestration des événements précis qui régissent la guérison, ont découvert les chercheurs. Les scientifiques savaient que les neurones du poisson zèbre survivent aux lésions de la moelle épinière, et cette nouvelle étude révèle comment ils y parviennent.
« Nous avons découvert que la plupart, sinon la totalité, des aspects de la réparation neuronale que nous essayons d’atteindre chez l’homme se produisent naturellement chez le poisson zèbre », a déclaré l’auteur principal Mayssa Mokalled, Ph.D., professeur associé de biologie du développement.
« L’observation surprenante que nous avons faite est qu’il existe de puissants mécanismes de protection et de réparation neuronale qui se produisent immédiatement après une blessure. Nous pensons que ces mécanismes de protection permettent aux neurones de survivre à la blessure et d’adopter ensuite une sorte de plasticité spontanée – ou flexibilité dans leurs fonctions – qui donne au poisson le temps de régénérer de nouveaux neurones pour parvenir à une guérison complète.
« Notre étude a identifié des cibles génétiques qui nous aideront à promouvoir ce type de plasticité dans les cellules des humains et d’autres mammifères. »
En cartographiant les rôles évolutifs de divers types de cellules impliquées dans la régénération, Mokalled et ses collègues ont découvert que la flexibilité des neurones blessés survivants et leur capacité à se reprogrammer immédiatement après une blessure dirigent la chaîne d’événements nécessaires à la régénération de la moelle épinière.
Si ces neurones survivants aux blessures sont désactivés, les poissons zèbres ne retrouvent pas leur capacité de nage normale, même si les cellules souches régénératrices restent présentes.
Lorsque le long câblage de la moelle épinière est écrasé ou sectionné chez les humains et d’autres mammifères, cela déclenche une chaîne d’événements toxiques qui tuent les neurones et rendent l’environnement de la moelle épinière hostile aux mécanismes de réparation.
Cette toxicité neuronale pourrait expliquer en partie l’échec des tentatives visant à utiliser les cellules souches pour traiter les lésions de la moelle épinière chez les humains. Plutôt que de se concentrer sur la régénération à l’aide de cellules souches, la nouvelle étude suggère que toute méthode efficace pour guérir les lésions de la moelle épinière chez les humains doit commencer par sauver les neurones blessés de la mort.
« Les neurones seuls, sans connexions avec d’autres cellules, ne survivent pas », a déclaré Mokalled.
« Chez le poisson zèbre, nous pensons que les neurones sectionnés peuvent surmonter le stress d’une blessure car leur flexibilité les aide à établir de nouvelles connexions locales immédiatement après la blessure. Nos recherches suggèrent qu’il s’agit d’un mécanisme temporaire qui permet de gagner du temps, de protéger les neurones de la mort et de permettre au système de préserver les circuits neuronaux tout en construisant et en régénérant la moelle épinière principale. »
Il existe des preuves que cette capacité est présente mais dormante dans les neurones des mammifères, ce qui pourrait être une voie vers de nouvelles thérapies, selon les chercheurs.
« Nous espérons que l’identification des gènes qui orchestrent ce processus de protection chez le poisson zèbre – dont des versions sont également présentes dans le génome humain – nous aidera à trouver des moyens de protéger les neurones chez les personnes des vagues de mort cellulaire que nous observons à la suite de lésions de la moelle épinière », a-t-elle déclaré.
Bien que cette étude soit axée sur les neurones, Mokalled a déclaré que la régénération de la moelle épinière est extrêmement complexe et que les travaux futurs de son équipe se pencheront sur un nouvel atlas cellulaire pour comprendre les contributions d’autres types de cellules à la régénération de la moelle épinière, y compris les cellules non neuronales, appelées glie, dans le système nerveux central ainsi que les cellules du système immunitaire et de la vascularisation.
Ils mènent également des études comparant les résultats obtenus chez le poisson zèbre à ce qui se passe dans les cellules de mammifères, notamment dans les tissus nerveux de souris et d’humains.
Plus d’informations :
Les poissons zèbres utilisent une stratégie surprenante pour faire repousser la moelle épinière, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50628-y