Un grand pas vers la production de gamètes de rhinocéros

Pour sauver le rhinocéros blanc du Nord de l’extinction, l’équipe de BioRescue se précipite pour créer des ovules et des spermatozoïdes cultivés en laboratoire de la sous-espèce en danger critique d’extinction. L’équipe vient de franchir une étape importante dans Avancées scientifiques: ils ont généré des cellules germinales primordiales à partir de cellules souches, une première mondiale.

Najin, 33 ans, et sa fille Fatu sont les derniers rhinocéros blancs du Nord encore en vie sur la planète. Ils vivent ensemble dans une réserve faunique au Kenya. Avec seulement deux femelles restantes, cette sous-espèce de rhinocéros blanc n’est plus capable de se reproduire, du moins pas par elle-même.

Mais tout espoir n’est pas perdu : selon un article publié dans la revue Avancées scientifiquesune équipe internationale de chercheurs a réussi à cultiver des cellules germinales primordiales (PGC) – les précurseurs des œufs et du sperme de rhinocéros – à partir de cellules souches embryonnaires (ESC) et de cellules souches pluripotentes induites (iPSC).

Il s’agit d’une étape majeure dans un plan ambitieux. Le projet BioRescue, coordonné par l’Institut Leibniz de recherche sur les zoos et la faune, veut sauver le rhinocéros blanc du Nord de l’extinction. À cette fin, les scientifiques poursuivent deux stratégies, dont l’une tente de générer des spermatozoïdes et des ovules viables à partir des cellules cutanées de rhinocéros décédés.

L’idée est d’implanter les embryons résultants dans des femelles de rhinocéros blancs du sud étroitement apparentées, qui porteront ensuite la progéniture de substitution à terme. Ainsi, la sous-espèce de rhinocéros blanc du Nord, que les humains ont déjà efficacement anéantie par le braconnage, pourrait encore être sauvée grâce aux technologies de pointe en matière de cellules souches et de reproduction.

Premier succès avec une espèce menacée

Passer d’un morceau de peau à un rhinocéros vivant peut être un véritable exploit d’ingénierie cellulaire, mais le processus lui-même n’est pas sans précédent : le co-dernier auteur de l’étude, le professeur Katsuhiko Hayashi, dirige des laboratoires de recherche dans les universités japonaises d’Osaka et de Kyushu à Fukuoka. , où ses équipes ont déjà accompli cet exploit à l’aide de souris.

Mais pour chaque nouvelle espèce, les étapes individuelles sont un territoire inexploré. Dans le cas du rhinocéros blanc du Nord, Hayashi travaille en étroite collaboration avec la plateforme technologique de cellules souches pluripotentes du Dr Sebastian Diecke au Centre Max Delbrück et avec l’expert en reproduction, le professeur Thomas Hildebrandt de Leibniz-IZW. Les deux scientifiques basés à Berlin sont également co-derniers auteurs de l’étude actuelle.

« C’est la première fois que des cellules germinales primordiales d’une grande espèce de mammifère en voie de disparition sont générées avec succès à partir de cellules souches », explique le premier auteur de l’étude, Masafumi Hayashi de l’Université d’Osaka. Auparavant, il n’était atteint que chez les rongeurs et les primates. Contrairement aux rongeurs, les chercheurs ont identifié le gène SOX17 comme un acteur clé dans l’induction de PGC chez les rhinocéros. SOX17 joue également un rôle essentiel dans le développement des cellules germinales humaines, et donc peut-être dans celles de nombreuses espèces de mammifères.

Les cellules souches embryonnaires de rhinocéros blancs du sud utilisées au Japon proviennent du laboratoire Avantea de Crémone, en Italie, où elles ont été cultivées par l’équipe du professeur Cesare Galli. Les PGC de rhinocéros blancs du Nord nouvellement dérivés, quant à eux, provenaient des cellules de la peau de la tante de Fatu, Nabire, décédée en 2015 au Safari Park Dvůr Králové en République tchèque. L’équipe de Diecke au Centre Max Delbrück était chargée de les convertir en cellules souches pluripotentes induites.

Prochaine étape : maturation cellulaire

Masafumi Hayashi dit qu’ils espèrent utiliser la technologie de pointe des cellules souches du laboratoire de Katsuhiko Hayashi pour sauver d’autres espèces de rhinocéros en voie de disparition : « Il existe cinq espèces de rhinocéros, et presque toutes sont classées comme menacées sur la Liste rouge de l’UICN.  »

L’équipe internationale a également utilisé des cellules souches pour cultiver des PGC du rhinocéros blanc du sud, qui compte une population mondiale d’environ 20 000 individus. De plus, les chercheurs ont pu identifier deux marqueurs spécifiques, CD9 et ITGA6, qui étaient exprimés à la surface des cellules progénitrices des deux sous-espèces de rhinocéros blancs. « À l’avenir, ces marqueurs nous aideront à détecter et à isoler les PGC qui ont déjà émergé dans un groupe de cellules souches pluripotentes », explique Hayashi.

Les scientifiques de BioRescue doivent maintenant passer à la prochaine tâche difficile : faire mûrir les PGC en laboratoire pour les transformer en ovules et spermatozoïdes fonctionnels. « Les cellules primordiales sont relativement petites par rapport aux cellules germinales matures et, surtout, ont toujours un double ensemble de chromosomes », explique le Dr Vera Zywitza du groupe de recherche de Diecke, qui a également participé à l’étude. « Nous devons donc trouver des conditions appropriées dans lesquelles les cellules vont croître et diviser leur ensemble de chromosomes en deux. »

La variation génétique est la clé de la conservation

Le chercheur de Leibniz-IZW Hildebrandt poursuit également une stratégie complémentaire. Il veut obtenir des ovules de Fatu, 22 ans, et les fertiliser dans le laboratoire de Galli en Italie en utilisant du sperme congelé prélevé sur quatre taureaux rhinocéros blancs du Nord aujourd’hui décédés. Ce sperme est décongelé et injecté dans l’ovule selon un processus appelé injection intracytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI).

Cependant, Hildebrandt explique que Fatu n’est pas capable de porter sa propre progéniture, car elle a des problèmes avec ses tendons d’Achille et ne peut pas porter de poids supplémentaire. Sa mère Najin, quant à elle, a dépassé l’âge de procréer et souffre également de tumeurs ovariennes. « Et dans tous les cas, puisque nous n’avons plus qu’un seul donneur d’ovules naturels, la variation génétique de toute progéniture résultante serait trop petite pour créer une population viable », ajoute-t-il.

La priorité absolue de l’équipe est donc de transformer les PGC dont ils disposent désormais en ovules. « Chez la souris, nous avons constaté que la présence de tissu ovarien était importante dans cette étape cruciale », explique Zywitza. « Puisque nous ne pouvons pas simplement extraire ce tissu des deux rhinocéros femelles, nous devrons probablement également le cultiver à partir de cellules souches. »

Le scientifique espère cependant que le tissu ovarien des chevaux pourrait être utile, car les chevaux sont parmi les plus proches parents vivants des rhinocéros d’un point de vue évolutif. Si seulement les humains avaient pris autant soin du rhinocéros sauvage qu’ils l’avaient fait du cheval domestique, l’immense défi auquel sont maintenant confrontés les scientifiques de BioRescue aurait peut-être pu être évité complètement.