Cela peut ressembler à une comète ou à une étoile filante, mais cette vidéo accélérée est en réalité une minuscule racine de plante, pas beaucoup plus épaisse qu’un cheveu humain, agrandie des centaines de fois à mesure qu’elle pousse au microscope.
Des chercheurs de l’Université Duke ont réalisé de tels films en observant les cellules souches situées près de l’extrémité de la racine et en prenant des instantanés au fur et à mesure qu’elles se divisent et se multiplient au fil du temps, en utilisant une technique appelée microscopie à feuille de lumière.
L’œuvre offre bien plus qu’une place au premier rang au drame de la croissance des racines. En observant comment les cellules se divisent en réponse à certains signaux chimiques, l’équipe découvre de nouveaux indices sur la façon dont les cellules souches choisissent une voie de développement plutôt qu’une autre.
La recherche pourrait également indiquer de nouvelles façons d’empêcher la division des cellules souches, comme cela se produit dans le cancer et d’autres maladies.
Les équipes derniers résultats paru le 31 janvier dans le journal Nature.
Images en accéléré d’une racine filiforme d’Arabidopsis au fur et à mesure de sa croissance. Chaque point bleu fluorescent marque le noyau d’une cellule en train de se diviser pour produire de nouvelles cellules, qui formeront ensuite les différentes couches de tissus d’une racine saine. Crédit : Université Duke
Le travail touche à une question fondamentale en biologie, a déclaré Cara Winter, professeure de recherche agrégée : « Comment les cellules acquièrent-elles leur identité ? En d’autres termes, « comment obtenir tous les différents types de cellules qui composent un organisme ? »
Tout comme le corps humain est constitué de nombreux types de cellules différents – dans le cerveau, les muscles, les os et ailleurs – les plantes contiennent également divers types de cellules spécialisées pour différentes tâches.
Que ce soit dans les racines, les branches, les fleurs ou les feuilles, pratiquement tous les tissus d’une plante descendent de petits groupes de cellules souches non spécialisées qui produisent de nouvelles cellules en se divisant.
Chaque fois qu’une cellule souche se divise, elle est confrontée à un choix : soit elle peut produire deux nouvelles cellules souches comme elle, soit elle peut créer une copie d’elle-même plus une cellule qui se ramifiera pour devenir quelque chose de nouveau.
C’est ce dernier processus, appelé division asymétrique, qui génère la myriade de types de cellules nécessaires à la formation d’un organisme complexe comme une plante ou un être humain.
Images en accéléré d’une racine filiforme d’Arabidopsis au fur et à mesure de sa croissance. Chaque point rose fluorescent marque le noyau d’une cellule en train de se diviser pour produire de nouvelles cellules, qui formeront ensuite les différentes couches de tissus d’une racine saine. Crédit : Université Duke
Une question évidente est alors la suivante : comment les cellules souches en division choisissent-elles une voie plutôt qu’une autre ?
C’était la question qui anime Winter et son co-premier auteur Pablo Szekely, tous deux chercheurs dans le laboratoire du regretté biologiste Philip Benfey de Duke, alors qu’ils observaient les jours de croissance des racines d’Arabidopsis thaliana, un membre grêle de la famille de la moutarde.
Les chercheurs se sont concentrés sur deux régulateurs clés de la division cellulaire chez Arabidopsis : des protéines appelées racine courte et épouvantail qui, ensemble, incitent les cellules racinaires en division à effectuer le changement.
En marquant ces protéines avec des étiquettes fluorescentes lumineuses, ils ont pu suivre l’activité des protéines et leurs effets sur la division des cellules souches en temps réel. La microscopie à feuille de lumière leur a permis de scruter l’intérieur des tissus translucides des racines pendant 50 heures sans les endommager.
Contrairement aux prédictions précédentes, les chercheurs ont montré que même de faibles niveaux de ces protéines, présentes au début du processus de transformation d’une cellule en deux, suffisent à déclencher le passage à une division asymétrique.
« Il leur suffit d’atteindre un certain seuil », a déclaré Szekely, qui a rejoint le laboratoire Benfey en tant que chercheur postdoctoral en 2020.
Les résultats ont également des implications pour les humains et d’autres animaux, ont indiqué les chercheurs.
C’est parce que, même si les plantes et les animaux divergé il y a plus d’un milliard d’années, ils ont hérité d’une grande partie de la même boîte à outils moléculaires de base, y compris bon nombre des mêmes gènes « domestiques » qui sont nécessaires au fonctionnement des cellules.
Les mêmes gènes qui régulent la division cellulaire chez les plantes comme Arabidopsis remplissent des fonctions similaires chez les animaux, y compris les humains. Recherche précédente montre que lorsque la division asymétrique est perturbée, les cellules peuvent se multiplier de manière incontrôlée et former des tumeurs.
« Les cellules doivent avoir un programme au cours de leur développement : elles se divisent d’abord comme ceci, puis comme cela », a déclaré Szekely. « Il faut que tout cela soit strictement réglementé pour que tout fonctionne. »
Plus d’information:
Cara M. Winter et al, SHR et SCR coordonnent la configuration et la croissance des racines au début du cycle cellulaire, Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-023-06971-z