Comment les poumons se développent-ils après avoir pris leurs premières respirations hors de l’utérus ? Quels événements et changements cellulaires au début de la vie entraînent un dysfonctionnement et une maladie pulmonaire? Pour aider à répondre à ces questions, les scientifiques ont construit le premier atlas unicellulaire du développement pulmonaire postnatal chez l’homme et la souris.
La recherche pourrait aider à fournir une compréhension plus détaillée – au niveau des cellules individuelles – des facteurs génétiques et épigénétiques qui affectent la santé pulmonaire tout au long de la vie humaine, à partir de la naissance.
L’ouvrage, récemment publié dans Génomique cellulaireétait dirigée par une équipe de chercheurs de l’Université de Californie à San Diego et de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
En analysant des échantillons de tissus pulmonaires de nouveau-nés et de jeunes humains et souris, les chercheurs ont pu mieux comprendre comment certains types de cellules dans les poumons se forment et changent pendant l’enfance.
« Ce sont des échantillons uniques sur lesquels nous avons collecté des informations pendant une période de développement pulmonaire qui n’a pas été bien étudiée », a déclaré le premier auteur Thu Elizabeth Duong, médecin-chercheur en médecine respiratoire pédiatrique à l’UC San Diego School of Medicine et pneumologue. au Rady Children’s Hospital de San Diego. « Ce qui est excitant, c’est de pouvoir voir, à une résolution unicellulaire, ce que font les cellules pulmonaires à ce stade de développement. »
L’objectif est de construire une soi-disant « carte de référence » des poumons humains. Une telle carte servirait de base pour comprendre les différences cellulaires entre les poumons sains et malades. Ce travail représente un petit pas vers la construction d’une référence pour la population pédiatrique.
« Votre santé respiratoire est façonnée par ce qui se passe au cours de vos premières années de vie. Ainsi, lorsque les choses tournent mal, nous pouvons nous référer à ces premières années pour identifier les causes potentielles de la maladie », a déclaré Duong.
« En cas d’anomalie ou de maladie pulmonaire, nous pouvons zoomer et examiner quels types spécifiques de cellules sont différents de leurs homologues dans les références saines et quelles sont les voies moléculaires sous-jacentes à ces changements », a déclaré Kun Zhang, professeur et titulaire de la chaire de bioingénierie à UC San Diego qui est un auteur principal de l’étude. « Le diagnostic et le traitement pourraient alors être développés en fonction des différences par rapport à la carte de référence. »
Les poumons sont une barrière importante dans le corps. Ils laissent entrer et maintiennent l’équilibre des substances vitales telles que l’oxygène, tout en éliminant les déchets tels que le dioxyde de carbone. Et ils filtrent l’air que nous respirons. Les chercheurs espèrent que leurs découvertes jetteront les bases d’études plus approfondies sur la façon dont les facteurs environnementaux tels que l’exposition à la pollution de l’air et le tabagisme influencent la santé et les maladies pulmonaires à différentes étapes de la vie.
Pour construire leur carte, les chercheurs ont analysé des tissus pulmonaires humains post-mortem qui ont été prélevés à différents moments, à partir du premier jour et jusqu’à 9 ans après la naissance. Les chercheurs ont également collecté des échantillons de tissus pulmonaires de souris à des moments correspondants entre un jour et près d’un mois après la naissance.
Les chercheurs ont utilisé des technologies de séquençage unicellulaire de nouvelle génération développées dans le laboratoire de Zhang pour analyser les noyaux individuels de plus de 80 000 cellules pulmonaires humaines et de souris combinées.
Grâce à cette analyse, les chercheurs ont pu commencer à cartographier les voies de développement de différents types de cellules pulmonaires, y compris les cellules épithéliales alvéolaires de type 1. Ces cellules sont vitales pour l’échange d’oxygène et de gaz carbonique. Les chercheurs ont obtenu des indices sur la façon dont les cellules alvéolaires de type 1 communiquent avec d’autres cellules telles que les myofibroblastes, et comment cette communication pourrait jouer un rôle dans le développement des cellules alvéolaires.
L’étude a également révélé une population unique de fibroblastes dans le poumon humain qui n’a pas été observée chez la souris. Ces fibroblastes sont des cellules du tissu conjonctif qui jouent un rôle dans l’étirement des poumons. Les chercheurs ont également découvert des états cellulaires dans le poumon humain qui sont présents au début de la vie à la naissance mais qui disparaissent à l’âge de 9 ans.
« Ces données nous aident à comprendre comment les principaux types de cellules pulmonaires apparaissent », a déclaré Duong. « Nous espérons que cela servira de ressource précieuse pour les chercheurs pulmonaires à l’avenir. »
Thu Elizabeth Duong et al, Une carte régulatrice unicellulaire de l’alvéologenèse pulmonaire postnatale chez l’homme et la souris, Génomique cellulaire (2022). DOI : 10.1016/j.xgen.2022.100108