Une crise cardiaque laissera une cicatrice permanente sur le cœur humain, mais d’autres animaux, notamment certains poissons et amphibiens, peuvent éliminer le tissu cicatriciel cardiaque et faire repousser les muscles endommagés à l’âge adulte.
Les scientifiques ont cherché à comprendre le fonctionnement d’une puissance spéciale dans l’espoir de faire progresser les traitements médicaux pour les patients cardiaques humains, mais les grandes différences physiologiques entre les poissons et les mammifères rendent ces recherches difficiles.
Des biologistes de l’Université de l’Utah, dirigés par le professeur adjoint Jamie Gagnon, ont donc abordé le problème en comparant deux espèces de poissons : le poisson zèbre, qui peut régénérer son cœur, et le médaka, qui ne le peut pas.
Une histoire de deux poissons
L’équipe a identifié quelques explications possibles, principalement associées au système immunitaire, sur la façon dont le poisson zèbre fixe le tissu cardiaque, selon recherche Publié dans Biologie Ouverte.
« Nous avons pensé qu’en comparant ces deux poissons qui ont une morphologie cardiaque similaire et vivent dans des habitats similaires, nous pourrions avoir de meilleures chances de découvrir quelles sont les principales différences », a déclaré Clayton Carey, chercheur postdoctoral au laboratoire Gagnon et auteur principal de l’étude. la nouvelle étude.
L’équipe de Gagnon n’a pas encore réussi à résoudre le mystère, mais leur étude a jeté un nouvel éclairage sur les mécanismes moléculaires et cellulaires en jeu dans la régénération du cœur du poisson zèbre.
« Cela nous a dit que ces deux cœurs qui se ressemblent beaucoup sont en réalité très différents », a déclaré Gagnon.
Les deux membres de la famille des poissons téléostéens, le poisson zèbre (Danio rerio) et le medaka (Oryzias latipes), descendent d’un ancêtre commun qui vivait il y a des millions d’années. Les deux mesurent environ 1,5 pouces de long, habitent l’eau douce et sont équipés d’un cœur à deux chambres. Les Medaka sont originaires du Japon et le poisson zèbre est originaire du bassin du Gange.
Selon l’étude, l’existence de poissons non régénérateurs offre l’opportunité de comparer les différentes réponses aux blessures afin d’identifier les caractéristiques cellulaires uniques aux espèces en régénération. Gagnon soupçonne que la régénération cardiaque est un trait ancestral commun à tous les téléostéens.
Comprendre le chemin évolutif qui a conduit à la perte de cette capacité chez certaines espèces téléostéennes pourrait offrir des informations parallèles sur les raisons pour lesquelles les mammifères ne peuvent pas se régénérer à l’âge adulte.
Avec leurs rayures horizontales distinctives, le poisson zèbre est depuis longtemps un animal de compagnie populaire aux États-Unis. Dans les années 1970 le poisson zèbre a été adopté par les biologistes comme organisme modèle pour étudier le développement embryonnaire des vertébrés.
Les scientifiques aiment le poisson zèbre parce qu’il peut se propager rapidement par milliers dans les laboratoires, qu’il est facile à étudier et qu’il s’est avéré extrêmement robuste.
Choc froid au cœur
Pour mener ses expériences, le laboratoire Gagnon a utilisé un appareil appelé cryosonde pour blesser les cœurs de poissons d’une manière qui imitait les crises cardiaques chez les humains, puis a extrait les cœurs après un certain temps pour découvrir comment les deux espèces réagissaient différemment.
Carey a fabriqué la cryosonde à partir d’un morceau de fil de cuivre refroidi dans de l’azote liquide à environ moins 170 degrés Celsius. Les membres de l’équipe ont pratiqué de minuscules incisions dans le ventre des poissons pour exposer leur cœur, puis ont appliqué la sonde pendant 23 secondes sur le bord du cœur.
Dans 95 % des cas, les poissons ont survécu à l’intervention, mais pas longtemps. Après trois ou 14 jours, leurs cœurs ont été extraits et dissous dans une solution unicellulaire, qui a ensuite été soumise à un séquençage d’ARN à la recherche de marqueurs indiquant comment le poisson a réagi à la blessure.
« Le poisson zèbre a cette réponse immunitaire typique de ce que l’on peut observer lors d’une infection virale, appelée réponse à l’interféron », a déclaré Carey. « Cette réponse est complètement absente du medaka. »
L’étude a documenté des différences dans le recrutement et le comportement des cellules immunitaires, la signalisation des cellules épicardiques et endothéliales et des altérations de la structure et de la composition du cœur. Par exemple, les medaka manquent d’un certain type de cellules musculaires présentes chez le poisson zèbre.
Comment le poisson zèbre guérit les tissus cardiaques endommagés
« Mon intuition est que l’ancêtre de tous les animaux pourrait régénérer son cœur après une blessure, et cela se perd à plusieurs reprises chez différents types d’animaux », a déclaré Gagnon. « J’aimerais comprendre pourquoi. Pourquoi perdriez-vous cette formidable fonctionnalité qui permet de régénérer votre cœur après une blessure ? »
L’étude indique que la capacité du poisson zèbre à se régénérer a quelque chose à voir avec son système immunitaire, mais il faudrait davantage de recherches pour comprendre exactement comment. Par exemple, beaucoup plus de macrophages, cellules immunitaires spécialisées, ont migré vers le site de la plaie chez le poisson zèbre que chez le medaka.
Contrairement au medaka, le poisson zèbre forme une cicatrice transitoire qui ne se calcifie pas en tissu rigide.
« Ce qui compte, c’est ce que vous faites de cette cicatrice », a déclaré Gagnon. « Nous pensons que la réponse à l’interféron amène ces cellules macrophages spécialisées à pénétrer dans le site de la plaie et à commencer à favoriser la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins. »
Au fil du temps, de nouveaux muscles remplacent le tissu cardiaque endommagé et le cœur guérit.
« Plus nous en apprendrons sur la manière dont les animaux peuvent régénérer leurs tissus, sur la façon dont ces caractéristiques ont été perdues chez nous et chez d’autres animaux, cela nous aidera à réfléchir à nos limites et à la manière dont nous pourrions élaborer des stratégies pour nous aider à les surmonter », a déclaré Gagnon.
« Notre espoir est de construire cette base de connaissances sur des animaux réellement accessibles et pouvant être étudiés avec des détails incroyables, puis d’utiliser ces connaissances pour générer des expériences plus ciblées sur les mammifères, et peut-être un jour sur des patients humains. »
Plus d’information:
Clayton M. Carey et al, Caractéristiques distinctes du cœur en régénération découvertes grâce au profilage unicellulaire comparatif, Biologie Ouverte (2024). DOI : 10.1242/bio.060156