Un cœur battant, un organe compliqué qui pompe le sang dans le corps des animaux et des humains, n’est pas exactement quelque chose que vous associez à une boîte de Pétri dans un laboratoire.
Mais cela pourrait changer à l’avenir et sauver la vie de personnes dont les propres organes sont défaillants. La recherche est maintenant un pas de plus vers cela.
Pour concevoir des organes artificiels, il faut d’abord comprendre les cellules souches et les instructions génétiques qui gouvernent leurs remarquables propriétés. Le professeur Joshua Mark Brickman du Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW) a découvert les origines évolutives d’un gène maître qui agit sur un réseau de gènes instruisant les cellules souches.
« La première étape de la recherche sur les cellules souches consiste à comprendre le réseau de régulation des gènes qui soutient les cellules souches dites pluripotentes. Comprendre comment leur fonction a été perfectionnée au cours de l’évolution peut aider à fournir des connaissances sur la façon de construire de meilleures cellules souches », explique Joshua Mark Brickman.
Les cellules souches pluripotentes sont des cellules souches qui peuvent se développer en toutes les autres cellules ; par exemple, les cellules cardiaques. Si nous comprenons comment les cellules souches pluripotentes se développent en un cœur, alors nous nous rapprochons de la reproduction de ce processus en laboratoire.
Un « fossile vivant » est la clé pour comprendre les cellules souches
La propriété pluripotente des cellules souches, c’est-à-dire que les cellules peuvent se développer en n’importe quelle autre cellule, est traditionnellement associée aux mammifères.
Aujourd’hui, Brickman et ses collègues ont découvert que le gène maître qui contrôle les cellules souches et soutient la pluripotence existe également chez un poisson appelé coelacanthe. Chez l’homme et la souris, ce gène s’appelle OCT4, et les chercheurs ont découvert que la version cœlacanthe pouvait remplacer la version mammifère dans les cellules souches de souris.
En plus du fait que le cœlacanthe est dans une classe différente des mammifères, il a également été appelé un « fossile vivant », puisqu’il y a environ 400 millions d’années, il s’est développé dans la forme qu’il a aujourd’hui. Il a des nageoires en forme de membres et on pense donc qu’il ressemble aux premiers animaux à se déplacer de la mer vers la terre.
« En étudiant ses cellules, vous pouvez remonter dans l’évolution, pour ainsi dire », explique le professeur adjoint Molly Lowndes.
Le professeur adjoint Woranop Sukparangsi poursuit : « Le facteur central contrôlant le réseau de gènes dans les cellules souches se trouve dans le cœlacanthe. Cela montre que le réseau existait déjà au début de l’évolution, potentiellement il y a 400 millions d’années.
En étudiant le réseau chez d’autres espèces, comme ce poisson, les chercheurs peuvent distiller quels sont les concepts de base qui soutiennent une cellule souche.
« La beauté de revenir en arrière dans l’évolution est que les organismes deviennent plus simples. Par exemple, ils n’ont qu’une seule copie de certains gènes essentiels au lieu de plusieurs versions. De cette façon, vous pouvez commencer à séparer ce qui est vraiment important pour les cellules souches et l’utiliser. pour améliorer la façon dont vous cultivez des cellules souches dans une boîte », déclare Ph.D. étudiante Elena Morganti.
Requins, souris et kangourous
En plus de découvrir que le réseau autour des cellules souches est beaucoup plus ancien qu’on ne le pensait et qu’il se trouve dans des espèces anciennes, les chercheurs ont également appris comment l’évolution a modifié le réseau de gènes pour soutenir les cellules souches pluripotentes.
Les chercheurs ont examiné les gènes des cellules souches de plus de 40 animaux, dont des requins, des souris et des kangourous. Les animaux ont été sélectionnés pour fournir un bon échantillonnage des principaux points de ramification de l’évolution.
Les chercheurs ont utilisé l’intelligence artificielle pour construire des modèles tridimensionnels des différentes protéines OCT4. Les chercheurs ont pu voir que la structure générale de la protéine est maintenue à travers l’évolution. Alors que les régions de ces protéines connues pour être importantes pour les cellules souches ne changent pas, les différences spécifiques à l’espèce dans des régions apparemment non apparentées de ces protéines modifient leur orientation, affectant potentiellement la façon dont elles supportent la pluripotence.
« C’est une découverte très excitante sur l’évolution qui n’aurait pas été possible avant l’avènement des nouvelles technologies. Vous pouvez la voir comme une évolution en pensant intelligemment : « Nous ne bricolerons pas avec le moteur de la voiture, mais nous pouvons déplacer le moteur ». et d’améliorer le groupe motopropulseur pour voir si cela rend la voiture plus rapide », explique Brickman.
L’article est publié dans la revue Communication Nature.
L’étude est un projet collaboratif couvrant l’Australie, le Japon et l’Europe, avec des partenariats stratégiques vitaux avec les groupes de Sylvie Mazan à l’Observatoire océanologique de Banyuls-sur-Mer en France et le professeur Guillermo Montoya au Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research à l’Université de Copenhague.
Plus d’information:
Woranop Sukparangsi et al, Origine évolutive des fonctions vertébrées OCT4 / POU5 dans le soutien de la pluripotence, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-32481-z