Des chercheurs découvrent comment les cellules souches choisissent leur identité

Les chercheurs de l’AMOLF ont découvert que les cellules souches se spécialisent d’abord dans une cellule fonctionnelle, puis se déplacent vers leur emplacement approprié, plutôt que l’inverse.

Des chercheurs de l’AMOLF, à Amsterdam, et de l’institut Hubrecht, à Utrecht, ont révélé un nouveau modèle pour montrer comment les cellules souches se spécialisent en cellules fonctionnelles. Ils ont constaté que leur position dans l’organe n’est pas aussi importante que le prétendent les modèles actuels. Au contraire, les cellules souches choisissent d’abord leur identité et ensuite seulement se déplacent vers leur position appropriée.

Ces découvertes ont été faites à l’aide d’organoïdes intestinaux et de la nouvelle technique TypeTracker, qui peut maintenant être utilisée pour comprendre d’autres organes au niveau cellulaire et les effets des mutations et des médicaments. Les résultats ont été publiés le 18 août dans la revue Avancées scientifiques.

Nos intestins contiennent différents types de cellules, chacune ayant une tâche spécifique. Comme dans de nombreux autres endroits de notre corps, les cellules de l’intestin se renouvellent constamment : les cellules souches se transforment en cellules spécialisées qui remplissent une fonction, par exemple, sécréter des substances qui protègent l’intestin ou absorber les nutriments des aliments.

« D’après des recherches antérieures, nous savons que les cellules souches résident dans les vallées de la paroi intestinale (les » cryptes « ), tandis que la plupart des cellules spécialisées et fonctionnelles sont situées au sommet des montagnes (les » villosités « ) », déclarent Sander Tans et Jeroen van Zon, qui a dirigé la recherche conjointement à l’AMOLF.

« Les cellules de la paroi intestinale sont renouvelées environ toutes les semaines, en utilisant les cellules souches des cryptes qui se développent, se divisent et migrent vers les villosités. Nous pensions qu’en remontant vers les villosités, les cellules souches sont chargées de devenir un cellule fonctionnelle. Cela a été un modèle très attrayant, car il explique naturellement comment ces cellules fonctionnelles sont positionnées au bon endroit. Cependant, nos données montrent une image différente.

Organoïdes

Ces données ont été obtenues à l’aide d’organoïdes : des mini-organes qui imitent l’organe d’origine de manière si réaliste que les scientifiques peuvent les utiliser pour démêler son fonctionnement ou pour tester des médicaments. doctorat l’étudiant Xuan Zheng a développé la nouvelle technique TypeTracker pour étudier la spécialisation des cellules souches.

« Je prends d’abord un film 3D d’un organoïde en croissance pendant environ 60 heures », explique Zheng. « Ensuite, j’analyse ces enregistrements à l’aide de l’intelligence artificielle, qui donne les coordonnées de toutes les cellules lorsqu’elles se déplacent et se divisent, et donc aussi les arbres généalogiques cellulaires. »

Les chercheurs ont ajouté une étape à cette technique qui a conduit à des informations surprenantes. Zheng déclare: « L’identité des cellules est déterminée par certaines protéines. Mais on ne peut pas visualiser toutes les protéines pertinentes pendant le processus de croissance. Ainsi, après avoir pris le film, j’ai utilisé des anticorps fluorescents et colorés qui se lient spécifiquement à ces protéines, pour visualiser l’identité des cellules.

« J’ai réalisé qu’en raison de la structure des arbres généalogiques, je peux aussi montrer quand les identités cellulaires ont changé dans le passé. C’est comme un arbre généalogique pour les humains : si une partie de la famille a une certaine maladie mais pas l’autre , vous pouvez retracer l’arbre généalogique dans le temps pour déterminer quand cette mutation est survenue. »

Ce nouveau type de données a montré que les cellules souches ont adopté leur identité fonctionnelle bien plus tôt qu’on ne le pensait. Ils l’ont fait alors qu’ils étaient encore profondément à l’intérieur de la crypte, avant de migrer vers la région des villosités qui était censée fournir le déclencheur pour démarrer le processus de spécialisation.

Modèle valider puis trier

Sur la base de ces expériences d’arbre généalogique cellulaire, Zheng a formulé un nouveau modèle de spécialisation des cellules souches intestinales, que les chercheurs appellent le modèle « commit-then-sort ». « Nous savons maintenant où et quand les cellules souches intestinales commencent à se spécialiser. Cela a des implications pour toutes sortes d’autres recherches », explique Zheng.

« On pense que diverses conditions médicales sont causées par un déséquilibre entre les types de cellules. Par exemple celles qui sécrètent des hormones, qui ont été liées au syndrome de l’intestin intestinal (IBS), la sensation de satiété, mais aussi le soi-disant axe intestin-cerveau .

« Comprendre comment les cellules choisissent leur identité est essentiel pour découvrir la régulation de cet équilibre et pour le contrôler par des interventions médicales. De plus, si nous voulons mieux comprendre quels signaux moléculaires sous-tendent les choix du destin, nous devons nous pencher sur les étapes antérieures, lorsque les cellules ont encore une forte identité souche et que d’autres signaux moléculaires connus, tels que la voie WNT qui joue un rôle dans la spécialisation cellulaire, sont encore élevés.

L’équipement et la procédure de la méthode TypeTracker sont relativement simples. Par conséquent, il est également prometteur pour tous les types d’autres recherches sur les organoïdes. « L’identité cellulaire est au cœur de toutes les fonctions des organes et n’était auparavant connue que dans des images statiques. Cette méthode permet d’examiner la dynamique au niveau cellulaire. On peut par exemple étudier si le même principe de validation puis de tri s’applique à d’autres organes avec une structure tridimensionnelle complètement différente, comme le tissu mammaire constitué de canaux », explique Zheng.

« La beauté des organoïdes est que vous pouvez suivre le programme de croissance au niveau cellulaire sous le microscope, et comment il change en raison de mutations génétiques, de médicaments ou de substances nocives. En fin de compte, nous espérons démêler les déclencheurs moléculaires qui déterminent comment et quand la tige les cellules se spécialisent. »